Il Sole è ricoperto da minuscoli vortici di plasma mai visti prima

Capita, in certe giornate di vento, di alzare gli occhi e vedere una fila di nuvole increspate, arrotolate in cima come onde che stanno per rompersi sulla battigia. È lo stesso disegno che il vento incide sull'acqua di un lago, lo stesso che le sonde hanno fotografato nelle fasce di Giove e di Saturno, lo stesso che si forma là dove il vento solare scivola contro il campo magnetico dei pianeti. Ha un nome preciso, che gli hanno dato Lord Kelvin e Hermann von Helmholtz intorno al 1870: instabilità di Kelvin-Helmholtz. Nasce ovunque due fluidi scorrano uno accanto all'altro a velocità diverse. Lungo la superficie di contatto le piccole irregolarità non si smorzano, come ci si aspetterebbe: crescono, si incurvano, si avvolgono su se stesse e diventano vortici. È uno dei meccanismi più ordinari e più universali della fisica dei fluidi. E questa estate abbiamo scoperto che lavora anche sulla superficie del Sole, su una scala che nessuno era mai riuscito a vedere.

Le immagini più nitide mai ottenute della superficie solare

Le fotografie arrivano dal Daniel K. Inouye Solar Telescope, lo strumento della National Science Foundation costruito sul cratere di Haleakalā, alle Hawaii: 4 metri di specchio primario, il telescopio solare più grande del mondo. Le riprese sono state fatte a 416 nanometri, nella luce violetta, e hanno raggiunto una risoluzione di circa 19 chilometri sulla superficie della stella. Il risultato, firmato da David Kuridze e dai suoi colleghi, è uscito su Nature il 5 agosto 2026 con un titolo che dice già tutto: Ubiquitous Kelvin-Helmholtz instabilities driving plasma mixing on the Sun.

Quello che si vede in quelle immagini non è la sfera liscia e uniforme immaginata dagli antichi astronomi, ma un fluido in movimento continuo: plasma, cioè gas così caldo da avere perso i suoi elettroni ed essere diventato elettricamente carico. Lungo i bordi delle concentrazioni di campo magnetico, dove il plasma spinto verso l'alto dalla convezione scorre contro il plasma trattenuto e frenato dal campo, i contorni appaiono deformati, striati, arrotolati. Sono vortici. Il fenomeno era già stato osservato nella corona solare, ma nello strato che chiamiamo superficie — la fotosfera — è la prima volta che viene confermato direttamente.

Grandi quanto una città

La domanda che viene subito da fare è quanto siano grandi questi mulinelli. La risposta ha due numeri, e vale la pena tenerli distinti. I più piccoli individuati misurano circa 20 chilometri di diametro; la dimensione mediana dell'intero campione è invece di 65 chilometri. Il primo numero, però, va letto con attenzione: 20 chilometri è praticamente il limite di risoluzione del telescopio. Non significa che i vortici non possano essere più piccoli, significa che sotto quella soglia, per ora, non riusciamo a vederli.

Per farsi un'idea concreta: 20 chilometri sono più o meno la larghezza del comune di Milano, da Quarto Oggiaro a Rogoredo. Un vortice mediano da 65 chilometri coprirebbe la distanza fra Milano e Bergamo. Sembrano misure enormi, ma il Sole ha un diametro di 1.400.000 chilometri: se lo rimpicciolissimo fino alle dimensioni del Duomo di Milano, lungo 160 metri, quei vortici da 20 chilometri diventerebbero increspature larghe poco più di 2 millimetri. Strutture di questo genere sono rimaste invisibili per tutta la storia dell'osservazione solare, semplicemente perché non avevamo occhi abbastanza fini per distinguerle.

L'enigma del calore

A questo punto occorre fare un passo indietro e affrontare uno dei problemi più resistenti dell'astrofisica, quello che gli specialisti chiamano riscaldamento coronale. Immaginate di camminare in montagna d'inverno: più salite di quota, più l'aria si fa fredda. Sul Sole accade il contrario. La fotosfera ha una temperatura di circa 5.500 gradi Celsius, ma se ci si allontana dalla superficie e si sale nella corona, l'atmosfera esterna della stella, la temperatura arriva a superare 1 milione di gradi. È come allontanarsi da un falò e sentire più caldo invece che meno. Da qualche parte, sopra la superficie, dev'esserci un rifornimento continuo di energia.

Le ipotesi in campo sono sostanzialmente due, e da decenni si contendono il primato. La prima chiama in causa le onde magnetiche che salgono dalla superficie e si dissipano in quota. La seconda risale a una proposta di Eugene Parker: le linee del campo magnetico, con i piedi piantati in un plasma che ribolle, verrebbero continuamente intrecciate e attorcigliate come i fili di una treccia, fino a spezzarsi e ricollegarsi in modo diverso. Ogni riconnessione libera una piccola quantità di energia — un nanoflare, insignificante rispetto a un brillamento vero. Ma i nanoflare sarebbero milioni, ovunque, in continuazione, e la loro somma basterebbe a scaldare la corona.

I vortici di Kelvin-Helmholtz entrano esattamente qui. Formandosi ai bordi delle concentrazioni magnetiche, agiscono come agitatori microscopici che torcono e ingarbugliano le linee di forza, caricandole di energia elastica come si carica la molla di un vecchio orologio. È il meccanismo che mancava alla base della catena di Parker. Vale però la pena riportare la cautela con cui gli stessi autori presentano il risultato: Thomas Rimmele, del National Solar Observatory, parla dell'instabilità di Kelvin-Helmholtz come di un meccanismo che con ogni probabilità contribuisce al riscaldamento dell'atmosfera esterna, e che costituisce una parte della soluzione dell'enigma. Non tutta la soluzione. La differenza, in scienza, non è una sfumatura.

Il campo magnetico che deve sparire

C'è un secondo conto che non tornava, e forse è la parte più interessante del lavoro. Il campo magnetico del Sole viene rigenerato da processi di dinamo che trasformano l'energia di rotazione della stella in energia magnetica. Ma il ciclo solare dura appena 11 anni, un tempo brevissimo su scala cosmica: significa che il flusso magnetico prodotto deve anche essere smaltito, e in fretta. I modelli faticavano a spiegare una dissipazione così rapida.

Le simulazioni associate alle nuove osservazioni mostrano che i vortici di Kelvin-Helmholtz producono una diffusività turbolenta — una misura di quanto efficacemente il plasma viene rimescolato attraverso il confine magnetico — dell'ordine di 0,65 × 10¹² centimetri quadrati al secondo. Il valore in sé dice poco al lettore; quello che conta è dove si manifesta. Si manifesta proprio nelle regioni di campo intenso, quelle in cui la turbolenza dovrebbe essere soppressa dal campo stesso. È come scoprire un nastro trasportatore che lavora esattamente là dove tutti davano per scontato che il traffico fosse bloccato. Kuridze indica in questo effetto una possibile sorgente della diffusione magnetica che mancava all'appello.

C'è infine un risultato meno appariscente ma di peso, sottolineato da Matthias Rempel dello High Altitude Observatory: queste immagini rappresentano il confronto più severo mai fatto fra le simulazioni magnetoidrodinamiche del Sole e la realtà osservata, e l'accordo nei dettagli fisici si è rivelato molto buono. Per chi costruisce modelli numerici è una conferma che vale quanto la scoperta.

Perché ci riguarda

Capire come il Sole immagazzina e rilascia la sua energia magnetica non è un esercizio accademico. Da quei processi nascono i brillamenti e le espulsioni di massa coronale che disturbano i satelliti, i sistemi di navigazione, le comunicazioni e, nei casi peggiori, le reti elettriche a terra. E poiché il Sole è l'unica stella che possiamo osservare da vicino, ogni meccanismo che identifichiamo qui diventa uno strumento per interpretare le altre: per capire quanto sia violenta l'attività di una nana rossa, per esempio, e quindi se i pianeti che le orbitano attorno possano davvero ospitare qualcosa di vivo.