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Sole e clima

Il Sole, la nostra stella, può influenzare l’andamento del clima sul nostro pianeta? Esiste una correlazione fra la periodica attività solare e le variazioni di temperatura media sulla Terra? Lunghi periodi d’inattività possono avere conseguenze sul nostro clima, portando una nuova piccola era glaciale?

Queste sono le domande cui gli scienziati hanno cercato di rispondere in modo accurato e attendibile; l’argomento è veramente complesso, ma grazie alle numerose osservazioni avvenute con scoperta del telescopio e alle missioni spaziali che hanno portato in orbita sonde dedicate allo studio del Sole quale Ulysses, STEREO e SOHO (solo per citare alcune) abbiamo raccolto preziose informazioni che ci consentono di avere una visione più chiara della relazione fra Sole e clima terrestre, anche se rimane molto da investigare.

Il ciclo solare XXIII

Anzitutto partiamo dal fatto che il comportamento climatico sulla Terra è determinato da vari fattori, naturali da una parte tra cui:

  • Eruzioni vulcaniche (cause geologiche).
  • Andamento periodico delle correnti oceaniche (Corrente del Golfo, Nino).
  • Oscillazione dell’asse terrestre causato dai cicli di Milankovitch (inversione del ciclo stagionale).
  • Attività solare.

E prodotte dall’uomo dall’altra:

  • Emissioni di biossido di carbonio (gas serra)

Ogni fattore contribuisce in maniera differente alla variazione di temperatura sulla Terra e soprattutto con un peso diverso al variare del periodo storico di analisi. Il presente articolo non intende fornire giustificazione o meno alle recenti ipotesi su cui si sta molto discutendo sul fattore umano all’aumento della temperatura terrestre (Global Warming) ma intende fornire dal punto di vista storico una breve panoramica di ciò che la sola attività Sole può causare sul nostro pianeta, prendendo in considerazione periodi storici ben anteriori all’epoca dello sviluppo industriale (prima decade del XIX secolo).

Sappiamo che il Sole è una stella sempre attiva; segni della sua attività sono le macchie solari, i flare, le espulsioni di masse coronali (CME) e il vento solare. Le macchie solari sono studiate e registrate sin dai tempi di Galileo (1600) anche se sembrano ci siano testimonianze cinesi che ci portano indietro al IX secolo; ma fu solo nel 1844 che Schwabe (astronomo tedesco) scoprì l’esistenza di un ciclo periodico nella loro comparsa e scoprì che il numero delle macchie segue un ciclo di circa undici anni. Ma cosa sono le macchie solari? Sono delle regioni della fotosfera solare (la “superficie” del Sole) in cui si evidenzia un’intensa variazione di campo magnetico; esse si presentano sempre all’interno di una fascia che va da circa +40° a -40° intorno all’equatore solare, hanno un diametro di circa 35000 Km e appaiono come zone scure sulla fotosfera perché si trovano a temperatura inferiore rispetto al resto della superficie; si trovano a circa 4600 K rispetto ad una temperatura superficiale media di 5700 K. In corrispondenza della linea di separazione fra i forti campi magnetici di polarità opposta vengono osservate le eruzioni di materia ed emissione di energia nella banda X.

Maggiore è il numero di macchie e maggiore è l’attività solare; la quantità di macchie presenti sul Sole è registrata sia negli osservatori astronomici nel mondo che dagli astrofili amatoriali ed è associata ad un indice di attività chiamato numero di Wolf che rappresenta una misura soggettiva legata alle macchie solari e gruppi di macchie presenti sulla superficie del Sole.

All’interno di ogni ciclo si possono distinguere i due estremi di attività: minima e massima.

Quando il nostro Sole è quiescente, il numero di macchie solari è al minimo, l’intensità del vento solare che ci protegge naturalmente dai raggi cosmici è minima, così un flusso maggiore di particelle cariche provenienti dallo spazio (tra cui protoni) riesce a raggiungere l’alta atmosfera terrestre. Questo fenomeno influisce in maniera accrescitiva sul processo di condensazione delle gocce di nube sulle particelle di aerosol e quindi, indirettamente, sulle formazioni di nubi ad alta quota, causando (su periodi lunghi) una diminuzione della temperatura terrestre e periodi di freddo.

Recentemente si è trovata una correlazione fra il bombardamento dei raggi cosmici e la produzione di radio carbonio 14C prodotto in alta atmosfera; quindi riassumendo:

  • Minima attività solare, maggior quantità di raggi cosmici che investe la Terra e maggior produzione di 14C.

Il 14C sulla Terra è assorbito dagli alberi che rappresentano quindi degli ottimi strumenti di analisi per inferire sull’attività solare in epoche passate; la quantità di C assorbito viene valutato analizzando la formazione degli anelli negli alberi (dendrocronologia).

Al contrario:

  • Maggiore è l’attività solare, corrisponde numero elevato di macchie solari, maggiore è la quantità di radiazione solare che il Sole produce e che investe la Terra. E’ proprio durante questo periodo che i satelliti in orbita intorno alla Terra e gli astronauti dell’ISS sono maggiormente esposti ai periodi di radiazione e ai poli le aurore sono più frequenti e più intense.

Questa quantità di radiazione che investe il nostro pianeta è incanalata lungo le regioni polari dal campo magnetico terrestre, rappresenta uno scudo difensivo (una protezione naturale) contro i raggi cosmici, e da luogo alle aurore polari. In questo caso si riduce la quantità di carbonio ed una diminuzione della formazione di nubi: il clima è più mite.

L’osservazione e lo studio delle macchie solari con regolarità in Europa risale al 1600, grazie a Galileo e all’uso del telescopio. Nel 1647 Havelius, così come Galileo, iniziò a disegnare le macchie solari per capire quali fossero i loro movimenti e scoprì che si muovono verso l’equatore, in seguito a partire dal 1795 anche William Herschel si dedicò anche allo studio del Sole ed ipotizzò una correlazione con l’andamento del prezzo del grano. Herschel visse in un periodo caratterizzato da diversi conflitti fra Inghilterra e Francia ed era essenziale per gli inglesi evitare difficoltà di approvvigionamento alimentare.

Grazie alla pubblicazione di Adam Smith “La ricchezza delle Nazioni” poté confrontare l’andamento della serie storica delle macchie solari con il prezzo del grano e notò che scarsità di macchie solari corrispondevano a prezzi del grano più alti (annate con cattivo tempo) mentre abbondanza di macchie corrispondeva stagioni più clementi e raccolti più abbondanti.

Dall’analisi congiunta delle piante e delle serie storiche del numero di macchie solari possiamo individuare negli ultimi 1000 anni circa alcuni periodi storici molto noti agli astronomi (e non solo) in cui le macchie erano molto rare e periodi di massima intensità solare:

  • 1050: chiamato “minimo di Wolf” (datato grazie alle misure di 14C)
  • XII e XIII secolo: “massimo medioevale”, Sole particolarmente attivo in cui il clima europeo fu abbastanza mite.
  • 1300: chiamato “minimo di Oort” (datato grazie alle misure di 14C)
  • 1450 – 1540: chiamato “minimo di Sporer” (astronomo tedesco)
  • 1645 – 1715: chiamato “minimo di Maunder” (astronomo britannico) o Piccola Era Glaciale con temperature medie più basse di 1,1° C
  • 1795 – 1820: chiamato “minimo di Dalton”

Serie storica dei principali minimi di attività solare Fonte: vedi bibliografia

Se analizziamo l’andamento del clima sulla Terra in corrispondenza degli ultimi minimi sopra citati (Sporer, Maunder e Dalton) notiamo una coincidenza fra questi periodi e la “Piccola Era Glaciale” che, perdurò dal 1450 al 1820 e caratterizzò l’Europa con periodi molto freddi. Le testimonianze delle conseguenze climatiche vennero furono il soggetto delle opere di alcuni pittori paesaggisti vissuti in quel periodo, come ad esempio la seguente veduta invernale di un fiume congelato di Hendrick Avercamp (pittore olandese), dove si notano i cittadini camminare sul ghiaccio.

Hendrick Avercamp – Panorama ghiacciato

Situazioni di questo genere erano visibili non solo in Olanda ma anche in Inghilterra, sul Tamigi, dove addirittura si organizzavano fiere e manifestazioni.

Dalla serie temporale di massimi e minimo si ottiene la distribuzione dello spettro (dominio delle frequenze) qui sotto riportato dalla quale è possibile estrapolare altre informazioni importanti.

Serie storica dei principali minimi di attività solare, dominio delle frequenze Fonte: vedi bibliografia

Si nota che l’attività solare è molto più complessa; il ciclo di undecennale viene a sua volta modulato da altri cicli più grandi; in particolare alcuni picchi di registrati a frequenze particolari mostrano (o meglio si ipotizza) le seguenti ciclicità:

  • Un ciclo di attività di 22 anni chiamato ciclo di Hale
  • Un ciclo di attività di 88 anni chiamato ciclo di Gleissberg
  • Un ciclo di attività di 208 anni chiamato ciclo di Suess
  • Un ciclo di attività ancor più lungo con periodo 2241 anni.

Quindi risulta molto difficile integrare queste ciclicità con le condizioni climatiche passate; solo con l’aumentare delle osservazioni sarà possibile ottenere un miglioramento nella precisione dei dati.

La relazione fra temperatura terrestre ed attività solare non ha ancora portato dei risultati finali definitivi; si tratta di un campo di studi che richiede ancora molte analisi; tuttavia abbiamo appurato quanto sia importante monitorare e studiare la nostra stella per capire quale sia l’influenza ed il contributo dell’attività del Sole sull’evoluzione climatica sul nostro pianeta.

Bibliografia