L’eccezionale aurora del 10/11 maggio 2024 e la recente intensa emissione di massa coronale del 23 luglio 2024, stimata d’intensità X14, hanno portato all’attenzione del pubblico l’attività solare e il cosiddetto meteo spaziale. L’attuale ciclo solare – chiamato Ciclo 25 perché è il 25° ciclo dal 1755, quando iniziò la registrazione sistematica dell’attività solare – è iniziato nel 2019 ed è ora al suo apice, probabilmente fino alla metà del 2025.
Di solito pensiamo che l’osservazione sistematica del Sole sia iniziata in epoca telescopica, dal 1610, ma in verità esistono registrazioni di macchie solari risalenti anche a molti secoli fa. Occasionalmente se ne parla in antiche cronache con riferimento all’apparizione di grandi gruppi di macchie visibili a occhio nudo, come la recente regione attiva AR 3664 all’origine della tempesta geomagnetica di maggio.
Quattro secoli di osservazioni telescopiche
Le osservazioni telescopiche rappresentano la base per ricostruire l’attività solare negli ultimi quattro secoli in termini di cicli, numero di macchie solari e le loro posizioni. Queste osservazioni hanno permesso di riconoscere diversi periodi anomali, come il Minimo di Maunder tra il 1645 e il 1715 (Eddy 1976). I grandi minimi sono considerati periodi che riflettono uno stato speciale di attività solare-dinamica da confrontare con quella moderna e contemporanea.
Il modo in cui è avvenuta la transizione tra cicli solari regolari di circa 11 anni al Minimo di Maunder è oggetto di dibattito. Dalle osservazioni emerge un processo piuttosto graduale, però è stato difficile catturare completamente il primo ciclo solare telescopico poiché i dati iniziano nel 1610. Qualche dato in più può arrivare dalle osservazioni a occhio nudo di grandi gruppi fotosferici, benché sporadiche ma comunque sufficienti per tracciare a grandi linee l’attività magnetica del Sole anche in era pre telescopica.
Osservatore visuale d’eccezione
Tra tali osservatori occasionali figura il nome importante di Johannes Kepler, detto Keplero. L’astronomo tedesco non formulò solo le leggi che regolano il movimento dei pianeti, ma fu artefice di numerosi punti di riferimento storici in astronomia e fisica nel XVII secolo. Essendo uno scienziato, le sue osservazioni di macchie solari sono più affidabili rispetto a quelle di altri osservatori occasionali e precedono di alcuni anni le prime osservazioni strumentali. Keplero osservò, infatti, un grosso gruppo di macchie solari con camera oscura nel 1607, sebbene la sua data di osservazione sia stata spesso riferita al 16 novembre.
Inizialmente Keplero pensò di aver visto un transito di Mercurio. Tuttavia, i calcoli astronomici ci consentono di datare i transiti di Mercurio più vicini all’1 novembre 1605 e il 3 maggio 1615, quindi non poteva essere tale fenomeno. Persino lo stesso Keplero ritrattò nel 1618 il resoconto del transito di Mercurio del 1607, considerando il punto scuro osservato come un gruppo di macchie solari che gli astronomi osservavano ormai con i loro strumenti.
È noto che i gruppi di macchie solari compaiono a latitudini più elevate nella fase iniziale di ogni ciclo solare per spostarsi verso l’equatore nella fase terminale. Le informazioni latitudinali sono disponibili da quando il Sole fu osservato al telescopio, perciò il rapporto di Keplero del 1607 non è stato molto considerato nelle ricostruzioni dell’attività solare precedente, in parte perché le sue osservazioni erano eseguite in camera oscura.
Keplero eseguì due disegni dell’intero disco solare ottenuti riportando l’immagine proiettata da un foro in una stanza buia. Con tale metodo possono essere viste solo grandi macchie solari e gli attuali database includono alcune probabili osservazioni di camera obscura di altri osservatori ritenuti affidabili. Le osservazioni di Keplero sono state oggetto di una nuova analisi compiuta da un gruppo internazionale guidato da Hisashi Hayakawa dell’Università di Nagoya in Giappone.
Disegni solari di Keplero in base alla sua osservazione del 28 maggio 1607 presso la casa di Keplero e l’officina di Burgi, nonché la sua presentazione schematica, come riprodotta da Keplero . (Figura tratta da Hisashi Hayakawa et al 2024 ApJL 970 L31)
Le osservazioni di Keplero
In Phaenomenon singulare seu Mercurius in Sole (1609), Keplero riportò le osservazioni di un punto sul Sole interpretato come Mercurio il 18/28 maggio 1607, usando la data sia nel calendario giuliano sia in quello gregoriano. Non è perciò chiaro da dove sia emersa la data del 16 novembre 1607, forse perché confusa con quella della corrispondenza (p. D1a). Keplero eseguì tre disegni solari. La sua narrazione permette di localizzarne l’esecuzione nella “Corona francese” e nell’officina di Justus Burgi, il meccanico di corte, nella cittadella di Praga. Il terzo disegno mostra la presentazione schematica di come avvenga la proiezione dell’immagine solare. A differenza dei primi due disegni, il terzo è progettato specificamente per spiegare il metodo di osservazione.
Keplero descrive “una piccola macchia delle dimensioni di una mosca nella parte inferiore sinistra del diagramma, debole come una nuvola sottile” nella sua casa e “una piccola macchia di profonda oscurità verso il centro… per dimensioni e aspetto come una pulce sottile” nella “parte inferiore sinistra del diagramma” a “più o meno un terzo del diametro di distanza dal bordo estremo e più vicino” nell’officina di Burgi (pp. D1b–D3a).
Per entrambe le osservazioni, Keplero utilizzò una stanza con un “tetto alto e spazioso” e proiettò l’immagine solare alle stesse dimensioni mostrate nel disegno con cui illustrò la sua narrazione. Nell’officina di Burgi, Keplero oscurò una stanza bloccando la finestra aperta con persiane e tende e fece un foro circolare di circa 2 mm attraverso il quale proiettò l’immagine del Sole a una distanza di circa 4 metri su un foglio di carta. A quella distanza, l’immagine proiettata ha un diametro di circa 38 mm.
Orientamento dei disegni
Kepler colloca il gruppo di macchie solari nel quadrante inferiore sinistro del disco e spiega che non sono orientate a caso e chiede a Matthias Seiffard di validarne la posizione tramite osservazione a occhio nudo. È quindi ragionevole allineare l’asse verticale di questi disegni verso lo zenit locale e il suolo. In entrambi i casi, i disegni sono mostrati capovolti, poiché Keplero utilizza osservazioni stenopeiche. L’astronomo conferma anche che la macchia appare nell’emisfero solare superiore, verso sinistra, mentre Matthias Seiffard non era sicuro della sua posizione esatta nell’emisfero solare superiore quando fece la sua osservazione a occhio nudo intorno alle ore 15 del 28 maggio 1607.
Le posizioni eligrafiche così come calcolate nello studio. (Hisashi Hayakawa et al 2024 ApJL 970 L31)
Gli astronomi hanno calcolato le posizioni della regione attiva nei disegni solari di Kepler, rispettivamente dalla sua casa alle 15:29 ± 0:30 UT e presso l’officina di Burgi alle 17:37 ± 01:20 UT. Questa è una circostanza abbastanza favorevole per calcolare l’orientamento del disco solare con una piccola incertezza sulla latitudine e longitudine eliografica di Carrington. Comunque abbastanza da limitare la posizione di quel gruppo di macchie solari tra S17° e N12° nella latitudine eliografica e tra 74° e 85° nella longitudine.
Nonostante le incertezze, sia le figure di Keplero sia la descrizione collocano il gruppo di macchie solari nel quadrante inferiore sinistro nelle immagini proiettate, vale a dire a una latitudine eliografica inferiore nell’emisfero solare orientale.
Confronto con l’attività solare contemporanea
I disegni di Keplero concordano nel collocare quel gruppo di macchie a bassa latitudine sul lato orientale del meridiano centrale. Essendo stato confermato visivamente da Matthias Seiffard, era abbastanza grande da essere visto a occhio nudo. È empiricamente noto che i gruppi di macchie solari visibili a occhio nudo appaiono più frequentemente dopo il massimo solare. Secondo le statistiche sulle macchie solari registrate presso l’Osservatorio Reale del Belgio, l’86, l’83 e il 78% dei gruppi appaiono a latitudini così basse, rispettivamente, nell’ultimo, nel penultimo e nel terzultimo anno di ogni ciclo solare.
Secondo gli autori, questi indizi consentono di collocare la sua osservazione alla fine, piuttosto che all’inizio, di un ciclo solare. Di conseguenza, quel gruppo di macchie è probabilmente affiliato al ciclo solare precedente il -13, vale a dire quello di cui ci rimangono le osservazioni telescopiche di Harriot, Galilei e Scheiner, quindi l’osservazione di Keplero permette di restringere l’inizio del Ciclo -13 tra il 28 maggio 1607 e il 18 dicembre 1610 e la fine intorno al 1621 con una durata abbastanza normale di 11-14 anni. Altrettanto per il Ciclo -14 al quale le macchie di Keplero dovrebbero appartenere.
