Disegni secolari dell’astronomo Johannes Kepler risolvono il mistero del sistema solare

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L’astronomo tedesco Johannes Kepler tracciò diagrammi delle macchie solari nel 1607 dalle sue osservazioni della superficie del Sole – e secoli dopo, questi disegni pionieristici stanno aiutando gli scienziati a risolvere il mistero del Sole.

Sebbene tutto nel sistema solare ruoti attorno al sole, gli scienziati non sono ancora riusciti a scoprire molti dei segreti di questa stella.

Tuttavia, studiare il cambiamento del Sole nel tempo, compreso il ciclo solare, potrebbe rispondere ad alcune domande di vecchia data sulla palla di fuoco e su come cambia.

Alcune di queste domande ruotano attorno all’attività solare nel diciassettesimo secolo, che fu un periodo cruciale per lo studio del sole.

Astronomi Macchie solari osservate utilizzando i telescopi Nel 1610 il sole fu testimone della sua prima osservazione. Allo stesso tempo, il Sole stava attraversando un’insolita transizione verso un lungo periodo di debole attività. I disegni di Keplero a lungo ignorati, trascurati perché erano disegni piuttosto che osservazioni telescopiche, furono in grado di fornire spunti storici importanti.

Un nuovo studio che ricrea le condizioni in cui Keplero realizzava i suoi disegni è apparso il 25 luglio Lettere del diario astrofisico.

“Kepler ha contribuito con molte pietre miliari storiche all’astronomia e alla fisica nel XVII secolo, lasciando la sua eredità anche nell’era spaziale”, ha detto in un articolo Hisashi Hayakawa, autore principale dello studio e assistente professore presso l’Istituto per la ricerca sullo spazio e l’ambiente terrestre dell’Università di Nagoya. una dichiarazione.

“A ciò aggiungiamo che le registrazioni delle macchie solari di Keplero precedono di diversi anni le attuali registrazioni telescopiche delle macchie solari risalenti al 1610. I suoi disegni delle macchie solari sono una testimonianza della sua abilità scientifica e della sua perseveranza di fronte ai limiti tecnologici.”

Il Sole attraversa un ciclo di 11 anni di attività crescente e decrescente, noto come ciclo solare. Gli scienziati attualmente credono che il sole stia raggiungendo o avvicinandosi al picco della sua attività solare, che è il picco annuale della sua attività nell’attuale ciclo solare, chiamato ciclo solare 25.

La massima attività solare è solitamente associata ad un aumento del numero di macchie solari visibili sulla superficie del Sole. Queste aree scure, alcune delle quali possono avere le dimensioni della Terra o più, sono create dai campi magnetici potenti e in continua evoluzione del Sole.

Gli scienziati oggi monitorano l’attività solare utilizzando dati provenienti da osservatori terrestri e spaziali, mappe magnetiche della superficie del Sole e osservazioni ultraviolette dell’atmosfera esterna del Sole.

Ma secoli fa anche provare a osservare il sole era un compito difficile.

Mark Misch, ricercatore scientifico presso lo Space Weather Prediction Center della National Oceanic and Atmospheric Administration a Boulder, in Colorado, ha affermato che le macchie solari sono state osservate ad occhio nudo attraverso la nebbia o il fumo causato da incendi o vicino all’alba o al tramonto quando l’atmosfera aiuta ad attenuare la luminosità. Il sole. Misch non è stato coinvolto nella nuova ricerca.

Keplero usò un dispositivo chiamato camera oscura, che utilizzava un piccolo foro nella parete del dispositivo per proiettare un’immagine del Sole su un foglio di carta e disegnare le caratteristiche osservate. Keplero credeva erroneamente di aver scattato un’immagine del pianeta Mercurio in movimento in orbita attorno al sole nel maggio 1607, ma ritirò il suo rapporto 11 anni dopo e determinò di aver osservato un gruppo di macchie solari.

“Poiché questa registrazione non era un’osservazione telescopica, è stata discussa solo nel contesto della storia della scienza e non è stata utilizzata per analisi quantitative dei cicli solari nel XVII secolo”, ha detto Hayakawa.

“Ma questo è il diagramma delle macchie solari più antico mai disegnato con uno strumento di osservazione e proiezione. Ci siamo resi conto che questo diagramma delle macchie solari dovrebbe essere in grado di dirci la posizione della macchia solare e indicare la fase del ciclo solare nel 1607 purché potessimo restringere. abbassare il punto e il tempo di osservazione e ricreare “Costruire l’inclinazione delle coordinate dell’immagine solare, ovvero la posizione delle caratteristiche sulla superficie del Sole, in quel momento”.

Livello solare più basso

Le macchie solari non sono l’unico modo con cui gli scienziati possono comprendere i cambiamenti del Sole. Misch afferma che i cambiamenti all’interno del campo magnetico del Sole regolano il movimento delle particelle ad alta energia, chiamate raggi cosmici, attraverso lo spazio.

Quando i raggi cosmici colpiscono l’atmosfera terrestre, possono modificarne la composizione chimica, compreso il bilancio del carbonio.

“Nel corso del tempo, questo carbonio viene incorporato nelle piante, negli animali e persino nei nostri corpi”, afferma Misch. “Gli anelli degli alberi offrono un’opportunità unica per monitorare il cambiamento del carbonio di anno in anno. Alcuni anelli di alberi secolari possono essere fatti risalire a migliaia di anni fa. Allo stesso modo, gli isotopi di carbonio e altri elementi possono essere rintracciati attraverso bolle d’aria intrappolate nelle carote di ghiaccio glaciale.”

Gli isotopi del carbonio intrappolati negli anelli degli alberi e nelle carote di ghiaccio sono stati utilizzati per contestualizzare antiche osservazioni delle macchie solari ed espandere la nostra comprensione dell’attività solare prima che avvenissero le osservazioni delle macchie solari, ha detto Misch.

Tali dati sono stati utilizzati per aiutare gli astronomi a comprendere il minimo di Maunder, un periodo di cicli solari deboli e altamente anormali tra il 1645 e il 1715. Durante il cosiddetto grande minimo solare, le macchie solari sono quasi scomparse, e le poche macchie osservate sono apparse solo nell’emisfero meridionale. Gli astronomi stanno ancora discutendo oggi sul meccanismo di base di un grande minimo solare, soprattutto mentre cercano di capire quando e se potrebbe verificarsi nei prossimi secoli.

Ma gli astronomi concordano sul fatto che il modello dell’attività solare si è gradualmente spostato da cicli regolari a grandi minimi.

UN Analisi degli anelli degli alberi passati Propose che un ciclo solare breve, il ciclo solare meno 14, fosse lungo solo cinque anni e portasse a un ciclo solare estremamente lungo di 16 anni, noto come ciclo solare meno 13.

“Se questo fosse vero, sarebbe davvero interessante”, ha detto Hayakawa. Tuttavia, un’altra ricostruzione basata sugli anelli degli alberi indicava una sequenza di cicli solari con periodi di tempo normali (11 anni). È importante verificare queste ricostruzioni utilizzando registrazioni indipendenti, preferibilmente osservative.”

Quindi si è rivolto ai disegni di Keplero.

Hayakawa e i suoi colleghi hanno tradotto il rapporto originale di Keplero, scritto in latino, per comprendere l’orientamento preciso dei suoi disegni delle macchie solari, nonché per restringere il tempo e i luoghi in cui Keplero ha effettuato le osservazioni.

Successivamente Hayakawa visitò i siti di Praga, tra cui la residenza della corona francese di Keplero e l’officina del meccanico di corte Justus Borghe, per comprendere meglio il terreno da cui Keplero vide le macchie solari.

I moderni strumenti di dati hanno consentito a Hayakawa e ai suoi colleghi di calcolare l’inclinazione delle macchie solari e determinarne la posizione sul Sole. Hanno anche fatto domanda Legge di Sporefu osservato per la prima volta da un astronomo dilettante inglese Richard Christopher Carrington Ma fu ulteriormente sviluppato dall’astronomo tedesco Gustav Spurrier, che descrisse la migrazione delle macchie solari da latitudini più elevate a latitudini più basse durante il ciclo solare.

Il gruppo di ricerca ha concluso che il gruppo di macchie solari osservate da Keplero appartiene alla fine del ciclo solare meno 14 e non all’inizio del ciclo solare meno 13.

I risultati supportano l’idea che il ciclo meno 13 del Sole sia durato un periodo regolare di 11 anni, non di 16 anni. I ricercatori sono stati anche in grado di stimare che il ciclo meno 13 del sole sia iniziato probabilmente tra il 1607 e il 1610.

“Questo mostra una tipica transizione dal ciclo solare precedente a quello successivo, secondo la legge di Spohrer”, ha detto in una conferenza stampa Thomas Tijou, uno degli autori dello studio e osservatore presso il Centro per l’analisi dei dati sull’impatto solare presso l’Osservatorio reale del Belgio. dichiarazione.

Poiché il ciclo solare più lungo mai registrato negli ultimi tre secoli è durato 14 anni, è tempo di trovare un’altra introduzione scientifica al minimo di Maunder, ha detto Hayakawa.

C’è ancora molto da imparare da figure storiche come Keplero, ha affermato Sabrina Bechet, coautrice dello studio e ricercatrice presso l’Osservatorio reale del Belgio.

“Come mi ha detto uno dei miei colleghi, è interessante vedere che i documenti del patrimonio di personaggi storici trasmettono implicazioni scientifiche molto importanti agli studiosi contemporanei anche secoli dopo”, ha detto Bechet. “Nel caso di Keplero siamo sulle spalle di un gigante della scienza”.

I disegni di Keplero aiutano a informare le discussioni in corso sui cicli solari che hanno portato al minimo di Maunder, il che potrebbe anche aiutare gli astronomi a modellare le condizioni prima dell’evento, ha detto Hayakawa.

“Inserendo i risultati di Keplero all’interno di ricostruzioni più ampie dell’attività solare, gli scienziati ottengono un contesto cruciale per interpretare i cambiamenti nel comportamento del Sole in questo periodo cruciale che rappresenta una transizione dai cicli solari regolari a un grande minimo solare”, ha affermato.

Misch ha definito il nuovo studio “un lavoro impressionante” e un esempio di lavoro investigativo che estrae nuove intuizioni da documenti storici.

“La lunga storia delle osservazioni delle macchie solari fornisce un collegamento attraverso i secoli a generazioni di astronomi che hanno osservato il Sole con rispetto e curiosità che si sono evoluti dalla superstizione all’esame scientifico fino alla comprensione. È stimolante vedere che gli astronomi del passato continuano a contribuire alla ricerca scientifica scoperta. I loro sforzi sono ora più importanti che mai.” “Non avrebbero mai potuto immaginarlo, poiché la nostra società tecnologica diventa sempre più vulnerabile agli eterni alti e bassi dell’attività solare.”