La giovinezza turbolenta del Sole: quando ruotava decine di volte più velocemente

Chi avrebbe mai detto che il nostro Sole ruotasse così velocemente, a tal punto da compiere una rotazione in appena 16 ore. La storia della rotazione del Sole è affascinante e ci permette di capire molto del suo attuale comportamento.

C'è stato un tempo quando il Sole ruotava 100 volte più velocemente di oggi.

Il Sole che vediamo oggi è un Sole “maturo”, è una stella che mostra palesemente il segno dei suoi anni (ora sono circa 4.6 miliardi). Ma il Sole non è stato sempre così come lo vediamo oggi.

Durante l’infanzia, e per infanzia intendiamo quando aveva circa 100 milioni di anni, esso ruotava ben 100 volte più rapidamente di oggi.

Il Sole impiega mediamente 30 giorni per compiere un intero giro attorno a se stesso, mentre nella sua infanzia impiegava appena 16 ore! Questo corpo celeste, circa 1.5 milioni di volte più grande della Terra, ruotava ancor più velocemente della stessa Terra, che ne impiega 24 di ore per un giro completo su se stessa.

Un Sole destinato a cambiare la sua velocità di rotazione

La velocità di rotazione del Sole è sempre cambiata durante la sua lunga vita. Lo ha fatto attraversando alcune fasi cruciali della sua crescita, che grazie alla scienza pensiamo di conoscere abbastanza bene.

Durante i primi 5 milioni di anni dopo la sua nascita, il Sole ruotava con una velocità circa 50 volte superiore a quella attuale. Esso avrebbe voluto ruotare più velocemente, ma qualcosa lo impediva. Era il suo disco protoplanetario di polveri e gas, all’interno del quale stavano formandosi o si sarebbero formati i pianeti del nostro Sistema Solare, che ne “tratteneva” la velocità attraverso legami magnetici molto efficienti.

In astrofisica questa importante fase della vita del Sole viene chiamata “star-disk locking”: disco e Sole ruotavano come una sola cosa, con il disco che imponeva lui la velocità.

Nei primissimi milioni di anni di vita, la rotazione del Sole è stata bloccata magneticamente dal suo disco a valori circa 50 volte superiori alla rotazione attuale.

Una volta liberatosi di questo vincolo imposto dal disco, nei successivi 100 milioni di anni esso ha continuato a ruotare sempre più velocemente fino a 100 volte l’attuale velocità. Questa accelerazione è stata il risultato della contrazione delle sue dimensioni: il Sole neonato era più grosso di quello attuale e durante le prime decine di milioni di anni di vita è andato contraendosi fino a raggiungere le dimensioni attuali che ancora conserva.

Ma dopo i primi 100 milioni di anni qualcosa succede. Esso inizia un inesorabile rallentamento che nel giro di 4.5 miliardi di anni lo ha portato a compiere una rotazione su se stesso da 16 ore a ben 30 giorni. Gli intensi campi magnetici prodotti all’interno del Sole, emergendo in superficie e permeando l'atmosfera, producono un vero e proprio frenamento attraverso il vento solare, le emissioni di massa coronale e lo sviluppo di una estesa magnetosfera.

Il modo più semplice per capire l’accelerazione e il frenamento della rotazione solare è pensare ad una ballerina che ruota attorno a se stessa compiendo una piroetta. Quando la ballerina stringe a se le braccia (contrae le sue dimensioni) la sua rotazione accelera, esattamente come è successo al Sole quando le sue dimensioni si sono contratte. Quando la ballerina estende le braccia la sua rotazione diminuisce, come succede al Sole che estende i suoi campi magnetici.

La storia della rotazione del Sole va di pari passo con la storia della sua attività magnetica.

Gli effetti magnetici della rotazione

Attività magnetica solare e rotazione sono variate di pari passo. Intendiamo dire che tutti i fenomeni che osserviamo sulla superficie del Sole, le macchie, i brillamenti, le emissioni di massa coronale, il vento solare sono tutti generati dall’intenso campo magnetico solare che è generato e intensificato proprio dalla rotazione solare. Maggiore è la rotazione più intensi sono i campi magnetici più frequenti e intensi sono anche le sue manifestazioni di attività.

Le manifestazioni dell'attività magnetica solare, quali macchie, brillamenti, CME e vento solare hanno una frequenza ed un'intensità che dipendono dalla rotazione. Il giovane Sole con una rotazione 100 volte superiore aveva un'attività magnetica intensissima che è andata diminuendo con l'età fino al livello che oggi osserviamo. Credit: ESA/NASA/Soho

Pertanto il giovane Sole con una rotazione 100 volte più veloce era molto ma molto più turbolento di quanto lo sia oggi. Brillamenti e CME nel giovane Sole erano così frequenti e intensi da bombardare malamente la Terra, impedendone la formazione della vita almeno per i primi 2-3 miliardi di anni.

Quando poi il Sole ha iniziato ad essere più “maturo” e meno “irrequieto” si sono create condizioni più favorevoli all’interno della fascia di abitabilità in cui si trova la Terra.

Oggi il Sole è ancora una stella “attiva”. Con una certa frequenza sentiamo parlare di tempeste geomagnetiche innescate dall’arrivo a Terra di CME innescate da brillamenti solari. Si rafforza sempre più la rete di sentinelle della Terra, cioè satelliti pronti a mandare alert quando il Sole “spara” il suo gas caldo in direzione della Terra.

Fortunatamente, da quando c’è vita il Sole ha un livello di attività compatibile e grazie alla sua rotazione sempre più lenta che ne fa una stella “matura”.

Ma come sappiamo tutto ciò

Ce lo dicono le stelle! Infatti ciò che è successo alla rotazione solare succede a tutte le stelle con massa simile o minore di quella solare. Osservando stelle di età diversa, vediamo come le giovanissime sono vincolate magneticamente al loro disco, quelle più grandi, con alcune decine di milioni di anni ruotano velocissimamente, e poi stelle che via via sono più vecchie sono viste ruotare sempre più lentamente.

Lo studio delle stelle ci ha permesso di ricostruire la storia rotazionale del nostro Sole. Lo studio di stelle più vecchie del Sole ci ha permesso anche di prevedere il futuro rotazionale del nostro Sole…ma di questo ne riparleremo.