Towards understanding the early kinematics of coronal mass ejections: Proba-3/ASPIICS observations of the 21 September 2025 event

Il Sole è una stella inquieta, che perde costantemente un flusso di particelle cariche noto come vento solare. Occasionalmente, questo flusso viene interrotto da massicce e violente eruzioni chiamate espulsioni di massa coronale. Questi eventi scagliano miliardi di tonnellate di plasma magnetizzato dalla superficie solare nello spazio, viaggiando a velocità che possono raggiungere centinaia di chilometri al secondo. Quando un'eruzione del genere è diretta verso la Terra, può interagire con il campo magnetico del nostro pianeta, creando spettacolari aurora ma ponendo anche rischi per i satelliti, le reti elettriche e i sistemi di comunicazione. Per decenni, gli scienziati hanno compreso che queste eruzioni iniziano con una lenta e silenziosa ascesa di materiale, seguita da un'improvvisa e violenta accelerazione. Tuttavia, un tassello critico del puzzle è rimasto mancante: l'esatto momento in cui la lenta ascesa si trasforma in un'esplosione rapida. Questa transizione avviene nella regione interna dell'atmosfera solare, una zona che è stata difficile da osservare chiaramente perché si trova in un punto cieco tra gli strumenti che vedono la superficie solare e quelli che osservano la distante corona.

Un nuovo studio pubblicato da un team di ricercatori del Reale Osservatorio del Belgio e di partner internazionali ha finalmente colmato questa lacuna. Utilizzando uno strumento specializzato a bordo della missione Proba-3 dell'Agenzia Spaziale Europea, il team ha catturato una visione continua e ad alta definizione di un'espulsione di massa coronale mentre eruttava il 21 settembre 2025. L'evento è iniziato con una prominenza tranquilla, un anello di gas freddo e denso sospeso nell'atmosfera del Sole, che ha iniziato a salire lentamente. Mentre saliva, la struttura ha iniziato a torcersi e a destabilizzarsi. Le nuove osservazioni hanno permesso agli scienziati di tracciare questa eruzione fin dai suoi primi movimenti, appena sopra la superficie solare, fino alla media corona, senza perderla di vista. Unendo i dati di questo nuovo strumento con le osservazioni più vecchie di altre sonde spaziali, i ricercatori sono stati in grado di costruire una cronologia completa della velocità e dell'accelerazione dell'eruzione, rivelando esattamente come l'evento si sia evoluto da un lento deriva in un proiettile ad alta velocità.

La chiave di questo successo è stata uno strumento chiamato ASPIICS, che utilizza un design unico per bloccare la luce accecante della superficie del Sole. A differenza dei telescopi precedenti che dovevano fare affidamento su maschere interne o potevano vedere la corona solo a grandi distanze, ASPIICS utilizza una sonda separata che vola in formazione per agire come un parasole esterno. Questa configurazione crea una vista scura e nitida dell'atmosfera solare partendo appena sopra la superficie, estendendosi fino a tre volte il raggio del Sole. Questa specifica regione è dove la fisica di un'eruzione cambia più drasticamente, eppure era precedentemente una zona di incertezza. I ricercatori si sono concentrati su un'eruzione avvenuta sopra il bordo sud-occidentale del Sole. Hanno osservato come una prominenza tranquilla, che appariva come una struttura luminosa e contorta, iniziasse a sollevarsi. Per un certo periodo, la risalita è stata lenta e costante, ma poi la struttura è improvvisamente scattata in avanti.

Il team ha misurato la distanza percorsa dall'eruzione nel tempo, creando una mappa dettagliata del suo moto. Hanno scoperto che l'eruzione seguiva un modello distinto: un inizio lento, seguito da un'accelerazione impulsiva e netta. Il nucleo dell'eruzione, ovvero il materiale originale della prominenza, ha iniziato a salire per primo. Mentre si muoveva, spingeva contro l'atmosfera solare circostante, accumulando plasma al suo fronte per formare un bordo anteriore luminoso. Questo bordo anteriore è apparso più tardi rispetto al nucleo, ma ha rapidamente raggiunto la sua velocità. I dati hanno mostrato che il nucleo ha raggiunto una velocità di circa 400 chilometri al secondo, mentre il bordo anteriore si è accelerato a circa 450 chilometri al secondo nella corona interna. L'accelerazione non è stata un aumento graduale; è stata un'impennata rapida e non lineare che indicava un rilascio improvviso di energia magnetica.

Per garantire che queste misurazioni fossero accurate e non distorte dall'angolo da cui venivano viste, i ricercatori hanno combinato i nuovi dati con le osservazioni di altre tre sonde spaziali posizionate in diverse località del sistema solare. Guardando lo stesso evento da più angolazioni, sono stati in grado di ricostruire l'eruzione in tre dimensioni. Questa analisi ha confermato che l'eruzione si stava espandendo in modo auto-simile, il che significa che manteneva la stessa forma mentre cresceva. La ricostruzione tridimensionale ha rivelato che l'eruzione viaggiava a una velocità reale di circa 515 chilometri al secondo quando ha raggiunto una distanza di quattro raggi solari. Poiché l'eruzione è avvenuta vicino al bordo del Sole visto dalla Terra, l'angolo di visuale era favorevole, e le misurazioni di velocità e distanza erano molto vicine ai valori reali, richiedendo solo piccole correzioni.

Lo studio ha anche confrontato i nuovi dati ad alta risoluzione con i vecchi modelli di comportamento di queste eruzioni. I ricercatori hanno scoperto che il moto dell'eruzione poteva essere descritto da una curva matematica fluida che tiene conto di un inizio lento, un'esplosione di accelerazione e un assestamento finale a una velocità costante. Questa curva corrispondeva perfettamente alle osservazioni, suggerendo che le forze che guidano l'eruzione e la resistenza dal vento solare siano ben comprese. Il bordo anteriore e il nucleo dell'eruzione si sono accelerati quasi simultaneamente, raggiungendo le loro velocità massime quasi nello stesso momento. Questa scoperta mette in discussione l'idea che il bordo anteriore e il nucleo possano comportarsi come entità completamente separate; invece, sembrano far parte di una singola struttura coesa che risponde insieme alle forze magnetiche in gioco.

Uno dei risultati più significativi di questa ricerca è la dimostrazione che il lungo vuoto nell'osservazione solare è stato colmato. Per anni, gli scienziati hanno dovuto indovinare cosa accadesse tra la superficie del Sole e l'inizio della corona esterna, affidandosi spesso a strumenti separati che non potevano vedere lo stesso oggetto contemporaneamente. Il monitoraggio continuo fornito dalla missione Proba-3 dimostra che è possibile seguire una singola eruzione dalla sua nascita alla sua maturità senza interruzioni. I dati confermano che la transizione da una lenta ascesa a un'esplosione veloce è un processo rapido e violento che avviene nella corona interna. I ricercatori suggeriscono che questo evento specifico, con la sua chiara progressione da una prominenza tranquilla a una nube di plasma in rapido movimento, rappresenti un esempio da manuale di come funzionano queste eruzioni.

La capacità di misurare queste velocità e accelerazioni con tale precisione apre la strada a migliori previsioni del meteo spaziale. Comprendendo esattamente quanto velocemente un'eruzione accelera e in quale direzione viaggia, gli scienziati possono migliorare i loro modelli di come queste nubi di plasma interagiranno con la Terra. Lo studio non pretende di aver risolto ogni mistero delle eruzioni solari, ma fornisce una base solida e misurata per il lavoro futuro. I ricercatori sottolineano che, sebbene questo singolo evento offra un quadro chiaro, sarà necessario studiare un numero maggiore di eruzioni per determinare se questo comportamento sia universale o se diversi tipi di eruzioni seguano regole differenti. Per ora, la visione continua e ad alta definizione dell'evento del 2025 rappresenta un record definitivo di un'espulsione di massa coronale nei suoi momenti iniziali più critici, trasformando un tempo punto cieco in una finestra di chiara comprensione.