Breve Storia delle Macchie Solari

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   Paesaggio invernale del 1608 del pittore olandese Hendrick Avercamp

 Il sorgere di una nuova era

Questa storia inizia in Olanda il 2 Ottobre 1608, quando Hans Lipperhey, un ottico tedesco naturalizzato olandese, deposita
una domanda di brevetto per il suo modello di telescopio, uno strumento che sarà destinato a diffondersi in tutta Europa rivoluzionando le capacità di osservazione in astronomia e foriero di numerose sensazionali scoperte.


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Hans Lipperhey (Wesel, 1570 - Middelburg, sepolto il 29 settembre 1619) è stato un ottico tedesco naturalizzato olandese. Lippershey è accreditato come il creatore e il diffusore del primo modello di telescopio  funzionante. Sebbene alcuni modelli piu grezzi di telescopi e cannocchiali  fossero stati creati già.







emblemata Rappresentazione di un "telescopio olandese" dall'emblemata di
Zinne-werck (Middelburg, 1624) del poeta e statista Johan de Brune (1588-1658).


Due anni dopo, nel 1610 Thomas Harriot e Galileo Galilei con l'uso del telescopio iniziano lo studio scientifico delle Sole osservando per la prima volta le macchie solari.
Thomas Harriot, astronomo, matematico ed etnografo inglese osserva per la prima volta le macchie solari nel dicembre del 1610 ma non pubblicherà mai le sue osservazioni.

                           

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   A sinistra un ritratto di Thomas Harriot del 1602 e a destra le macchie solari da lui  disegnate nel Dicembre del 1610


Galileo Galilei astronomo, filosofo, matematico e padre della scienza moderna, venuto in possesso del primo telescopio e apportati significativi miglioramenti, si dedica all'osservazione dei vari corpi celesti ed inizia lo studio del Sole e delle macchie solari. Galileo osserva per la prima volta le macchie solari nel Giugno del 1610 a Padova, ma solo nel 1611 durante il suo soggiorno a Roma, tra il mese di Marzo e Maggio, rese pubblica la sua scoperta.

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Ritratto di Galileo Galilei eseguito da Domenico Tintoretto (1605- 1607)

Nel frattempo, il 13 Giugno 1611, Johannes Fabricius pubblica il  De Maculis in Sole observatis, et apparente earum cum Sole conversione Narratio (Narrazione sulle macchie osservate sul Sole e la loro apparente rotazione con il Sole); è il primo documento ufficiale che parla delle macchie solari.


                                                 fabricius
              maculiinsole                                                                                                                    
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Ritratto di Johannes Fabricius  e frontespizio del breve saggio pubblicato nel 1611 da Johann Goldsmid, meglio conosciuto con il suo nome latinizzato Fabricius. A destra la chiesa di Warnfried a Osteel, in Germania, dove predicava David Fabricius e il figlio Johannes osservò le  macchie solari il 9 marzo 1611.

Fabricius è un astronomo, è nato nella Bassa Sassonia nel 1587 e compie i suoi studi in Olanda a Leiden dove entra in contatto con primi telescopi; nel marzo del 1611 tornato, una volta a Osteel in Germania inizia, insieme alla collaborazione paterna, a osservare il Sole al telescopio e con sorpresa nota che era macchiato. Le osservazioni condotte nei mesi a seguire gli permettono di capire che quelle macchie non erano ferme e immutabili, ma si muovevano, scomparendo da un lato per poi riapparire dall'altro e che la nostra stella ruotava su un proprio asse.


Christoph Scheiner vs Galileo Galilei


Gli anni che seguono, il 1612 e il 1613, saranno due anni cruciali. Nel mese di Gennaio del 1612 il gesuita Christoph Scheiner pubblica Tres Epistolae de Maculis Solaribus Scriptae ad Marcum Welserum  ("Three Letters on Solar Spots written to Marc Welser").

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                                                                                                                 scneider_projection
A sinistra, ritratto dell'astronomo tedesco Christoph Scheiner del 1625 esguito da Christoph Thomas Scheffler e a destra  Christoph Scheiner e un suo collaboratore tracciano le macchie solari in Italia nel 1625, tramite la tecnica della proiezione dell'immagine del disco solare. Illustrazione da Rosa Ursina di Christoph Scheiner.

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Scheiner, vuole preservare la perfezione del Sole e dei cieli e quindi sostiene che le macchie solari sono satelliti del Sole. Esse appaiono come macchie nere quando passano davanti al Sole, ma risultano invisibili in altri punti nelle loro orbite. In figura sono rappresentate i disegni delle macchie solari eseguiti da Scheiner in Tres Epistolae de Maculis Solaribus
Scriptae ad Marcum Welserum pubblicato nel 1612. A sinistra il  frontespizio del suo libro .

Un anno dopo nell' Istoria e dimostrazioni intorno alle macchie solari, Galileo Galilei pubblica le lettere con le quali annuncia la scoperta di macchie scure sulla superficie del Sole.

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Le lettere a Marco Velseri pubblicate nel Istoria e dimostrazioni intorno alle macchie solari e loro accidenti, annunciano la scoperta di macchie scure sulla superficie del Sole. Dall'osservazione delle macchie Galileo trasse la prova che il Sole ruota sul proprio asse. Nell'opera sono inserite moltissime incisioni, che raffigurano le posizioni delle macchie sulla superficie solare. A sinistra frontespizio del libro di Galileo Galiei  pubblicato nel 1612.

Sono due opere fondamentali che cercano però  di dare due spiegazioni differenti alla presenza delle macchie solari osservate. Il gesuita Scheiner,  è fedele alle teorie del tempo sull'immutabilità della nostra Stella ed interpreta le macchie come le ombre di corpi satelliti molto vicini al Sole, Galileo invece capisce che si tratta di vere e proprie caratteristiche della stella, variabili, e presenti sulla sua superficie o nelle sue vicinanze, anche se non  è in grado di renderne ragione. Per lo scienziato pisano queste erano nubi piatte incollate sulla superficie del Sole e dallo spostamento costante di esse, deduce che il Sole doveva ruotare sul proprio asse con velocità uniforme.
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Nel 1612 durante i mesi estivi, Galielo esegue una serie di osservazioni sulle macchie solari pubblicate poi nell' Istoria e Dimostrazioni Intorno Alle Macchie Solari e Loro Accidenti nel 1613. Qui sono rappresentate le osservazioni eseguite a partire dal 2 Giugno fino a quella del 4 Luglio, ad intervalli circa di sette giorni.



Prima dell'avvento del telescopio


Ma facciamo ora un passo indietro: qual' era la situazione prima del 1600 ?

teofrasto
 Teofrasto (Ereso, 371 a.C.{ Atene, 287 a.C.) è stato un filosofo e botanico greco antico. Fu discepolo di Aristotele a cui succedette come scolarca nella direzione del Liceo (il Peripato) nel 322 a.C..


La prima osservazione conosciuta delle macchie solari e attribuita a Teofrasto, allievo di Aristotele, e risale al IV secolo a.C. . Vi sono poi numerose osservazioni di macchie solari riportate negli annali cinesi, giapponesi e coreani; nella letteratura occidentale, invece, i riferimenti a questo tipo di osservazioni sono scarsi, forse a causa dell'influenza del pregiudizio aristotelico, recepito successivamente anche dalla teologia cristiana, di un mondo celeste immutabile e incorruttibile.
E' interessante notare che quasi sempre le poche osservazioni di macchie solari effettuate in Occidente prima dell'introduzione del telescopio vengono interpretate come passaggi, sul disco del Sole, di Venere, di Mercurio o di altri presunti pianeti, detti inframercuriali, che si sarebbero dovuti trovare tra Mercurio ed il Sole.

corean_auroreal           Testo coreano sull' aurora del 1128                   

Prima dell'avvento del telescopio, il 1128 e 1129 sono gli anni che portano la testimonianza più importante di osservazioni di macchie solari che si verifica sia in oriente che occidente. Anche se gli astronomi cinesi hanno iniziato a registrare l'attività solare già  partire dal 800 a. C. , sia gli astronomi cinesi che coreani non realizzavano disegni limitandosi a fornirne
una semplice descrizione dell'evento; il primo disegno di macchie solari lo troviamo nella cronaca di John Worcester del 1128. Questa è una cronaca medievale, che copre il periodo che va fino a 1140 e contiene la registrazione di numerosi eventi astronomici. Fra questi vi si trovano aurore, comete e piogge di meteoriti, così  come eclissi di Sole e di Luna.

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 Disegno di una macchia solare nelle Cronache di Giovanni di Worcester, dodicesimo secolo.
Riprodotto da R.W. Southern, Humanism Medievale, Harper & Row 1970, [Plate VII].                                                                                  

Ma cosa succede in questi anni ?
L'8 Dicembre del 1128, John di Worcester testimonia nelle sue cronache la comparsa di macchie solari.
La notte del 13 Dicembre, a Sogdo (la moderna Kaesong), in Corea, gli astronomi coreani assistano a un vapore rosso che "si solleva e riempiva il cielo" dal nord-ovest al sud-ovest: è l'apparizione di un aurora boreale osservata a distaza di cinque giorni dalla comparsa di macchie solari così come testimoniato da Worcester.

aurora
L'aurora polare, spesso denominata aurora boreale o australe a seconda che si verifichi rispettivamente nell'emisfero nord o sud, è un fenomeno ottico dell'atmosfera terrestre, caratterizzato principalmente da bande luminose di un'ampia gamma di forme e colori rapidamente mutevoli nel tempo e nello spazio, tipicamente di colore rosso-verde-azzurro, detti archi aurorali.

Cinque giorni  è proprio il ritardo medio stimato fra l'apparizione di un grande gruppo di macchie vicino al centro del Sole e il verificarsi di aurore a latitudini relativamente basse. Il 22 marzo 1129 poi, gli astronomi cinesi testimoniano la presenza di un
"punto nero" sulla superficie del Sole che scompare il 14 aprile. Questo potrebbe essere stato una delle macchie solari che Worcester aveva osservato 104 giorni prima, dall'altro lato del mondo.


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 La grande macchia solare visibile ad occhio nudo fotografato il 7 aprile 1947 era simile a quello che gli astronomi antichi occasionalmente videro e disegnavano.


La caduta dei dogmi aristotelici

L'osservazione delle macchie solari al telescopio, metterà in crisi sia la secolare concezione del Sole come astro perfetto sia - insieme ad altre osservazioni astronomiche, si pensi alle osservazioni delle supernove avvenute negli anni 1572 e 1604 - la immutabilità dei cieli, teorie sostenute dagli aristotelici, secondo i quali nessun cambiamento poteva darsi nei cieli, composti unicamente della sostanza perfetta, la quintessenza ed inclinando quindi definitivamente i dogmi dell'aristotelismo.


universum
L'immagine (in bianco e nero nella sua versione originale), raffigura un uomo che striscia sotto il bordo del cielo, raffigurato come fosse un emisfero solido, a guardare oltre il misterioso empireo.
Incisione su  legno da parte di un artista sconosciuto apparsa per la prma volta in L'atmosphére: météreologie populaire (1888) di CamilleFlammarion.



Il Sole e le macchie solari nel nuovo millennio

Dalle prime osservazioni al telescopio sono oramai passati piu di quattrocento anni e moltissimi progressi sono stati ottenuti ed una profonda conoscenza sul Sole e sulle macchie solari è stata raggiunta grazie sia ai progressi ottenuti in astrofisica che all'utilizzo di satelliti e telescopi d'avanguardia.

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L'immagine dell'enorme macchia solare ripresa il 7 Gennaio del 2014 dal NASA's Solar Dynamics Observatory.


Oggi sappiamo che le macchie sono la manifestazione più evidente del campo magnetico solare negli strati visbili dell'atmosfera e la loro origine è riconducibile a una dinamo attiva nella zona di convenzione del Sole.
Una macchia ben sviluppata consta di due parti: una regione centrale, più scura rotondeggiante, chiamata ombra e la penombra, costituta da filamenti radiali. L'ombra delle macchie è sede di campi magnetici migliaia di volte più intensi del campo magnetico terrestre (tipicamente 3.000-4.000 gauss). Le macchie appaiono oscure solo a causa del contrasto con le regioni vicine enormemente più luminose con il loro centro, l'ombra, sede dei campi magnetici piu intensi, che emette meno luce ed è più freddo rispetto alla superficie fotosferica. Le macchie generalmente si presentano a coppie con polarità magnetica opposta. e possono durare da meno di un giorno a parecchi mesi.

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Una delle piu grandi macchie solari negli ultimi nove anni, è stata vista all'inizio di gennaio 2014 e catturata dal NASA Solar Dynamics Observatory. Un'immagine della Terra è stata aggiunta per confronto.

 

Per saperne di più


BIBLIOGRAFIA


1) Ester Antonucci, Dentro il Sole - Il Mulino (2014)

2) Giovanni Godoli, Il Sole: Storia di una stella - Piccola Biblioteca Einaudi (1982)



RISORSE WEB

1) Museo Galileo:  http://www.museogalileo.it/

2) CHANDRA X-Ray Observatory   The Historical Sunspot Record

3) Le Scienze     Macchie solari e aurore boreali medievali  

4) NASA    First Sunspot Drawing



ALTRE RISORSE WEB

1) SDO        Solar Dinamics Observatory

2) SOHO      Solar and Heliospheric Observatory


3) ESA        Solar Orbiter


4) NOAA    Space Weather Prediction Center






ELENCO FIGURE  & CREDITI