Disegno di macchie solari pubblicato nel MAI secolo da JohannesHevelius di Danzica nel suo libro intitolato Selenographia (1647).Esso mostra il progredire di vari gruppi di macchie attraverso lasuperficie del Sole a causa della sua rotazione in un periodo che va dal22 maggio 1643 al 31 maggio dello stesso anno. Facendo uso di unaserie di disegni di questo genere l'autore e i suoi collaboratori bandopotuto calcolare la velocità con cui ruotava il Sole verso la metà

del XVII secolo, proprio all'inizio del periodo di 70 anni in cuile macchie solari furono quasi assenti. La forma delle macchie neldisegno e i particolari della loro ombra oscura, circondata dallapenombra più chiara, dimostrano che la qualità dei telescopi delXVII secolo era sufficientemente elevata da permettere agli astro-nomi dell'epoca di osservare le macchie solari con un dettagliosostanzialmente analogo a quello ottenibile con gli strumenti di oggi.

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Il caso delle macchie solarimancanti

Antiche registrazioni indicano che tra il 1645 e il 1715 non vi furonopraticamente macchie solari. È probabile che l'attività solare cambiin modo significativo e che il periodo attuale sia insolitamente attivo

biamento contemporaneo del clima mon-diale. Come astronomo solare ero certoche una cosa simile non sarebbe maipotuta accadere, e il mio interesse per lastoria rendeva particolarmente attraentela prospettiva di un'analisi critica delleaffermazioni di Maunder.

Il problema si presentava con la tramadi un giallo: si diceva che un crimine,grave per l'astronomia e forse per laTerra stessa, fosse stato commesso inpassato. Tutto ciò era realmente avvenu-to? Gli indizi originali che Maunder ave-va seguito nello sviluppo del caso aveva-

no ora più di 250 anni, ma si trovavanoancora intatti nelle biblioteche che con-servavano le cronache del XVII e delXVIII secolo. Ancora più incoraggianteera il fatto che nuove informazioni sierano acquisite col progredire della fisi-ca solare nel mezzo secolo successivo allamorte di Maunder. Le nuove informa-zioni comprendevano cataloghi di osser-vazioni storiche di aurore boreali, com-pilazioni di macchie solari osservate inOriente a occhio nudo e una più profon-da comprensione di come apparirebbeun Sole completamente inattivo durante

un'eclisse totale. Ma soprattutto potevotrovare uno strumento particolarmenteefficace nell'analisi moderna degli anellidi accrescimento annuale degli alberi.L'aspetto importante per il mio lavoronon era la larghezza degli anelli, che dàindicazioni solo sul clima locale, ma illoro contenuto chimico che conserva unaregistrazione indiretta dei cambiamentidel Sole. Maunder non conosceva nessu-no ai questi indizi. Nessuno di essi era diper se stesso conclusivo. La loro somma,però, con i rapporti storici originali po-trebbe forse risolvere il problema.

N

el 1893 E. Walter Maunder, so-vrintendente per le ricerche sola-ri del Royal Greenwich Observa-

tory a Londra, studiando vecchi libri eriviste poteva credere a stento ai dati chetrovava. Sembrava che per molti annifosse sfuggita una fondamentale verità:il Sole non era così regolare e prevedibilecome tutti avevano sempre pensato. Sequello che Maunder stava leggendo eradegno di fede, allora il Sole doveva averesubito importanti mutamenti in tempirelativamente recenti. Più esattamente,le vecchie cronache mostravano che perun periodo di 70 anni, che finiva nel1715 circa, le macchie e altri fenomeni diattività solare erano scomparsi dal Sole.Maunder sapeva che, se tutto ciò erarealmente accaduto, si sarebbero potutetrarre profonde implicazioni non soloper l'astronomia, ma forse anche per ilclima e quindi per le future condizioni divita sulla Terra.

Le macchie costituiscono il fenomenosolare meglio conosciuto, e il ciclo dicirca 11 anni in cui esse appaiono esvaniscono è uno degli eventi astronomi-ci meglio documentati. Sebbene per se-coli in Oriente gli astronomi avesseroosservato grandi macchie solari a occhionudo, nel mondo occidentale le macchieoscure sul Sole furono sostanzialmenteignorate fino al 1611, quando furono vi-ste col telescopio da Galileo e da nume-rosi altri. Da allora in poi sono statetenute sotto costante osservazione tele-scopica. Nel 1843 l'astronomo dilettantetedesco Heinrich Schwabe dedusse dallesue stesse osservazioni che se si rappre-sentava graficamente il numero medio dimacchie viste in un anno, si poteva indi-viduare un andamento ciclico con unperiodo di circa 10 anni. La sua scopertasorprese gli astronomi professionisti, cheda tempo ritenevano che non ci fossenulla di periodico nella comparsa dellemacchie solari o in altri fenomeni di at-tività solare. Poco dopo l'annuncio diSchwabe, però, altri osservatori confer-marono l'esistenza del ciclo, fissandone

di John A. Eddy

il periodo in 11,2 anni. Facendo uso divecchi rapporti di osservatorio, l'astro-nomo svizzero Rudolf Wolf stabilì ancheche il ciclo si ripeteva continuamentealmeno dal 1700, anno che riteneva esse-re il limite di affidabilità per i dati dispo-nibili. Nel 1893 era ben noto che il ciclodelle macchie solari era associato ad altrisegni dell'attività solare e a fenomeniterrestri ricorrenti come le aurore borea-li. La curva del numero di macchie solariper anno dal 1700 in poi appariva comeuna delle manifestazioni di un fenomenoperiodico che si ripeteva invariabilmentesia nel passato che nel futuro. Quasi tuttierano convinti che le macchie solari e ilciclo di 11 anni non fossero fenomeniisolati a carattere transitorio. Anche al-lora come adesso si accettavano quei fe-nomeni come prove della regolarità del-l'attività solare, dal che si deduceva cheil Sole era stazionario e prevedibile.

Nel 1893 il Sole attraversava la fase dimassima attività del ciclo delle macchiesolari ed erano visibili centinaia di mac-chie, come Maunder ben sapeva. Anchenegli anni in cui il ciclo è in fase diminimo si trova almeno qualche macchiasolare: è raro che passi un mese interosenza che compaiano macchie sul Sole.Ma nei resoconti ammuffiti del XVIIsecolo, in un periodo di poco anteriore aquello corrispondente all'inizio della cur-va familiare che rappresenta la frequen-za delle macchie solari, Maunder avevatrovato rapporti originali secondo i qualierano trascorsi anni e anni senza cheapparissero macchie solari. Per 32 anninon fu osservata nemmeno una macchianell'emisfero nord del Sole. Per 65 anninon si vide mai più di un solo piccologruppo di macchie per volta. Passaronovari periodi, che durarono anche 10 an-ni, senza che si trovassero macchie sulSole. Maunder scoprì che il numero to-tale di macchie solari osservate tra il1645 e il 1715 era inferiore al numero dimacchie che si vedono oggi in un soloanno di attività media.

Nel 1894 Maunder pubblicò un artico-

lo intitolato: «Un minimo prolungatodelle macchie solari» in cui dava i detta-gli di quello strano periodo nella storiadel Sole e richiamava l'attenzione sullepossibili conseguenze. Se la scarsità ap-parente di macchie era reale, l'astrono-mia solare avrebbe tremato fino alle fon-damenta. Maunder fece notare che quelperiodo così insolito avrebbe potuto for-nire un test estremamente significativosulle relazioni tra Terra e Sole: se ilnormale sviluppo del ciclo undecennaledelle macchie solari era rilevabile neicambiamenti del campo geomagnetico oforse delle condizioni atmosferiche, allo-ra una modificazione prolungata nell'at-tività del Sole avrebbe dovuto essere ac-compagnata da effetti importanti sullaTerra.

Non si sa con precisione se qualcunoprestò attenzione a Maunder. Un artico-lo precedente, che egli scrisse sullo stessoargomento, non venne tenuto in granconto; uguale sorte toccò a un lavoropubblicato un anno prima dall'astrono-mo tedesco Gustav Sporer, che per pri-mo spinse Maunder a interessarsi delperiodo carente di macchie solari. Maun-der non desistette. Nel 1922 ci riprovòcon un altro articolo, che intitolò nuova-mente: «Un minimo prolungato dellemacchie solari», in cui metteva ancora inevidenza l'importanza di quei 70 anniper l'astronomia solare e per la fisicaterrestre. Sei anni più tardi Maunder mo-rì, e il ciclo delle macchie solari continuòa ripetersi regolarmente quasi a prender-si gioco di lui. I suoi articoli furonodimenticati oppure furono ritenuti il pro-dotto di un entusiasta che riponeva trop-pa fiducia in resoconti vecchi e approssi-mativi.

Parecchi anni fa pensai che fosse tem-po di chiarire il caso delle macchie

solari mancanti che da troppo tempo pen-deva imbarazzante come uno scheletronell'armadio della fisica solare. Ero statodisturbato da riferimenti occasionali atale problema in relazione con un cam-

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Il ciclo delle macchie solari non è regolare né in frequenza né inampiezza, come si può vedere in questo grafico del numero di macchiesolari per anno, che ci indica quante macchie furono visibili sulla su-perficie del Sole in un momento qualsiasi tra il 1610 e il 1976. L'inter-

vallo di tempo tra due massimi successivi del ciclo delle macchie solarinon è sempre di li anni; è stato anche di soli otto anni o si è estesofino a 17. Inoltre, alcuni massimi di macchie solari, come quello del1959, sono molto più pronunciati di altri, per esempio di quelli

dell'inizio del XIX secolo. L'autore suole chiamare il periodo dal 1645al 1715 minimo di Maunder delle macchie solari, dal nome del fisicosolare britannico E. Walter Maunder, che per primo ipotizzò che taleperiodo potesse avere influito sulle condizioni terrestri. I dati sulle

macchie solari osservate prima del 1650 sono approssimativi. Il primopicco attorno al 1612 (all'estremità sinistra) è stato dedotto dalleosservazioni di Galileo; il secondo da quelle di Christoph Scheiner,registrate nel suo libro Rosa ursina; il terzo da quello di Hevelius.

Studiando i resoconti degli astronomidell'epoca trovai con mia sorpresa checorrispondevano esattamente alla descri-zione data da Maunder, così che comin-ciai a chiamare «minimo di Maunder» ilperiodo di scarsità delle macchie solari.Quando una nuova macchia solare fuosservata nel 1671, nel bel mezzo delminimo di Maunder, il direttore di Phi-losophical Transactions of the Royal So-ciety of London si sentì in dovere diaffermare: «A Parigi l'eccellente SignorCassini ha osservato recentemente nuovemacchie sul Sole, dopo tutti questi anniin cui, per quanto ne sappiamo, non sene videro».

Seguiva la descrizione dell'ultima mac-chia solare osservata, 11 anni prima, abeneficio dei lettori che avevano dimen-ticato che aspetto avessero. Lo stessoCassini (G.D. Cassini, fondatore e pri-mo direttore dell'Osservatorio di Parigi)scrisse dello stesso evento: «Sono passaticirca 20 anni dall'ultima osservazione dimacchie di grosse dimensioni sul Sole,sebbene prima di allora gli astronomi neabbiano viste regolarmente da che è statoinventato il telescopio». Come si sareb-bero potute scrivere parole simili in unperiodo di normale comportamento delSole?

Ma possiamo fidarci degli antichi os-servatori? Fino a che punto erano

efficienti i loro telescopi? Con quantaattenzione cercarono le macchie solari?Il XVII secolo appartiene a un passatomolto lontano: era l'età di Luigi XIV, ela gente vestiva strani abiti e scriveva constile pesante ed elaboratt. Contempora-neamente, però, Cassini scoprì la separa-zione principale tra gli anelli di Saturnoe si trovò che Saturno aveva almenocinque satelliti. Il minimo di M2.underebbe inizio 35 anni dopo che Galileocostruì il suo primo piccolo telescopio.In quegli anni sia l'ottica che l'astrono-mia ebbero un grande sviluppo. Il XVIIsecolo fu l'epoca dei telescopi sospesiche avevano fino a 60 metri di lunghezzafocale. Fu l'epoca del primo telescopio

riflettore di Newton e di molte altre in-novazioni. Gli astronomi osservavano econtavano le macchie sul Sole più o me-no come si fa oggi, e i loro strumentierano poco diversi da quelli che furonousati per lo stesso scopo nei due secolisuccessivi. I loro schizzi di macchie sola-ri, conservati nelle annotazioni e nei li-bri, sono dettagliati quasi quanto quellidegli osservatori del 1977. Sono convintoche gli astronomi del tempo di LuigiXIV possedevano strumenti e abilità suf-ficienti per vedere tutte le macchie solari,tranne le più piccole - sempre che cisiano state macchie solari da vedere. Cre-do che quegli osservatori non furonomeno bravi di noi, che molto probabil-mente ebbero uguale iniziativa e interes-se professionale e forse avevano più tem-po per stare al telescopio.

Tennero il Sole sotto costante osserva-zione? Oppure Maunder scambiò l'as-senza di prove per una prova di assenza?Due fatti mi suggeriscono che non c'èproblema di assenza di prove. La man-canza di macchie solari fu notata piùvolte in quel periodo, e se si accetta chegli osservatori del XVII secolo ragionas-sero come noi, penso che dovettero scru-tare il Sole con particolare attenzione percercare nuove macchie e verificare sequella scarsità, che già allora sembravastrana, era reale o no. Inoltre, gli articolinelle riviste dell'epoca mostrano che lascoperta di una nuova macchia solareera ragione sufficiente per la stesura diuna pubblicazione. Oggi invece, anchenei periodi di minimo si possono vederecosì tante macchie che se si scrivesse unarticolo per ogni macchia, nessuna rivi-sta potrebbe pubblicarli tutti.

possibile che le condizioni atmosfe-riche abbiano ostacolato le osserva-

zioni? E possibile che l'Europa abbiaavuto per 70 anni un numero così insoli-tamente grande di giorni di cielo copertoda tenere gli astronomi lontani dai lorotelescopi? Fu in effetti un periodo insoli-tamente freddo per l'Europa, ma non fuun periodo di cielo totalmente coperto.

Se così fosse stato, avremmo trovato sul-le riviste le lamentele degli astronomi,che non hanno mai avuto la fama diessere pazienti né silenziosi. Inoltre, nelXVII secolo l'astronomia notturna fuattiva ed efficiente: si avvistarono come-te regolarmente, e i progressi che furonofatti allora nella conoscenza dei pianetirichiesero non solo cieli liberi, ma ancheatmosfera non turbolenta.

Resoconti storici sulle aurore boreali -le «luci del nord» - lasciano ancor menospazio per i dubbi sulla realtà del mini-mo di Maunder. L'apparizione di feno-meni d'aurora è connessa al livello diattività solare. Al di sotto del CircoloPolare Artico il numero di notti in cui sivedono aurore boreali è ben correlatocol numero di macchie sul Sole. In gene-rale la frequenza di osservazione delleaurore boreali dipende anche dalla di-stanza dell'osservatore dai poli magneticiterrestri. Le aurore boreali sono più fre-quenti alle latitudini più elevate e sonorare all'equatore, infatti a basse latitudi-ni la geometria delle linee di forza delcampo magnetico terrestre scherma l'at-mosfera dalle particelle emesse dal Soleche causano le aurore boreali. In 70 annidi normale attività solare è possibile os-servare almeno 500, ma forse anche 1000,aurore boreali nelle regioni europee den-samente popolate. Ma ben poche auroreboreali furono viste in Europa tra il 1645e il 1715. Perfino in Scandinavia, doveoggi è possibile vedere aurore borealiquasi ogni notte, se ne osservarono cosìpoche da essere ritenute fenomeni ecce-zionali e portentosi. Durante il minimodi Maunder ci fu un periodo di 37 anniin cui non fu registrata neppure un'auro-ra boreale su tutta la Terra. Quandofinalmente se ne vide una in Inghilterranel marzo del 1716, alla fine del minimodi Maunder, l'astronomo Edmund Hal-ley, che era allora Astronomo Reale, sisentì in dovere di scrivere un articolo percercare di spiegare il fenomeno. Egli con-fessò di non avere mai visto aurore bo-reali in precedenza, nonostante che aves-se già 60 anni e avesse sempre cercato di

osservarne una: Halley non sapeva diessere vissuto a cavallo della maggiorparte del minimo di Maunder.

Il minimo di 70 anni delle macchiesolari è particolarmente evidente se simette in grafico anno per anno il nume-ro di aurore boreali storicamente regi-strate. Maunder avrebbe trovato validimotivi per scrivere i suoi articoli sempli-cemente guardando quel grafico. Nei con-teggi di aurore boreali storicamente notec'è però un altro fatto che richiede spie-gazioni. Nei tempi antichi fu registratoun numero di aurore boreali molto pic-colo rispetto ai valori odierni. Come maise ne videro così poche anche prima del1645? I resoconti mostrano che il nume-ro di aurore boreali registrate comincia acrescere rapidamente verso il 1550, è in-terrotto dal minimo di Maunder, e poiha un incremento di un fattore pari acirca 20 dopo il 1716. Fino a che punto ilrapido aumento nel numero di auroreboreali registrate dopo il 1550 può esserestato prodotto da ragioni sociali, cioèessere una conseguenza dell'interesse perl'astronomia nel Rinascimento, oppure,in un secondo tempo, dell'articolo diHalley?

Ho il sospetto che gran parte dell'au-mento del numero di aurore boreali re-gistrate dopo le epoche medievali sia sta-to prodotto da ragioni sociali. Altri fattimi fanno pensare però che almeno unaparte di esso sia un effetto fisico prodot-to da cambiamenti reali del Sole. Cisono indizi che suggeriscono che in tempiantichi ci furono altri periodi prolungatisimili al minimo di Maunder. Essi ap-paiono chiaramente in antiche registra-zioni di aurore boreali e di macchie sola-ri osservate a occhio nudo. Sono cosìgiunto a pensare che la frequenza odier-na di macchie solari e di aurore boreali èprobabilmente insolita, se confrontatacoi valori medi ottenuti facendo la mediasu tempi molto lunghi, e che l'attività delSole è aumentata continuamente dopo ilXVII secolo, fino a raggiungere un livel-lo molto elevato - un livello forse mairaggiunto in questo millennio.

Resoconti sull'osservazione di macchiesolari senza l'aiuto di un telescopio for-niscono un controllo sull'attendibilità deidati sulle aurore boreali e sulla realtà delminimo di Maunder. Si ha notizia di os-servazioni di macchie sul Sole almeno findal quinto secolo avanti Cristo e dopo diallora furono registrate con regolaritàsoddisfacente, soprattutto in Oriente. Èfacile osservare a occhio nudo macchiedi grandi dimensioni o gruppi di macchieall'alba o al tramonto, oppure quando ilSole è fortemente oscurato e colorato dalfumo. Nel 1933 l'astronomo giapponeseSiguru Kanda compilò una lista di osser-vazioni di macchie solari fatte a occhionudo in Giappone, Cina e Corea. Eglitrovò che nell'era cristiana sono stateviste in media da cinque a 10 macchieper secolo, comprendendo pochi periodiin cui si vedevano macchie con maggiorefrequenza e vari altri in cui non si vedevanessuna macchia. Uno di questi periodidi assenza di macchie si estende dal 1584al 1770, comprendendo pertanto il mini-mo di Maunder.

Questa prova non è conclusiva, e cisono ragioni di carattere sociale che po-trebbero render conto dei periodi privi dimacchie, soprattutto se si tiene conto cheil numero di osservazioni è così basso.Sarei propenso a dimenticare i periodisenza macchie solari registrati in Orientetrattandoli come semplici coincidenze, senon fosse per il fatto che le osservazionidelle macchie solari a occhio nudo con-cordano molto bene con la frequenzadelle aurore boreali osservate in Europain più di 2000 anni.

ltre ai resoconti sulle aurore boreali esulle macchie solari, le descrizioni

dell'aspetto della corona solare durantele eclissi totali forniscono un altro generedi informazione per verificare il livello diattività del Sole nel passato. Quando cisono molte macchie la forma della coro-na, tenue atmosfera esterna del Sole, èmolto diversa da quella che si osservaquando ce ne sono poche. Le macchiesolari sono sede di intensi campi magne-

tici sulla superficie del Sole, e quei campimagnetici modellano i pallidi bianchipennacchi coronali che si vedono attornoal Sole durante un'eclisse totale. Quandoci sono sul Sole molte macchie, e pertan-to intensi campi magnetici concentrati,la corona è tutta solcata da pennacchiche si estendono dal Sole come i petali diuna dalia. Quando sono presenti menomacchie solari, il numero di pennacchicoronali diminuisce come se qualcunoavesse strappato via i petali. In fase diminimo delle macchie la corona vista du-rante un'eclisse totale appare debole econ pochi pennacchi limitati alla regioneequatoriale.

Che cosa accadrebbe della corona senon ci fosse nemmeno una macchia, enon ne fosse apparsa nessuna da anni oda decenni? Un osservatore vedrebbe an-cora la luce zodiacale, o «falsa corona»,attorno al disco nero della Luna, unanello sottile di fioca luminosità rossa-stra senza alcun pennacchio. A differen-za della vera corona, la luce zodiacalenon fa parte dell'atmosfera solare, ma èsemplicemente luce solare diffusa dallepolveri nello spazio interplanetario. Laluce zodiacale è sempre presente duranteun'eclisse totale di Sole, ma solitamentenon è visibile a causa della maggioreluminosità della corona.

Tra il 1645 e il 1715 ci furono 63 occa-sioni per osservare il Sole eclissato total-mente. Ho cercato di rintracciare le os-servazioni di tutti quegli eventi per tro-vare descrizioni della corona durante ilminimo di Maunder. La maggior partedelle eclissi era osservabile solo da regio-ni inaccessibili, e non era uso comunenel XVII e nel XVIII secolo mandare,come si fa oggi, spedizioni in occasionidi eclissi a seguire l'ombra della Lunafino in capo al mondo. Alcune eclissierano però osservabili da luoghi prossimia osservatori europei, e furono seguitemolto attentamente. Nessuna eclisse visi-bile in Europa andò perduta, e variealtre furono osservate da studiosi che sitrovavano occasionalmente nel NuovoMondo o in Asia.

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La velocità di rotazione del Sole all'equatore aumentò proprio prima dell'inizio del minimo diMaunder. Il Sole non ruota come un corpo rigido: le regioni equatoriali ruotano più rapidamen-te delle regioni a più alta latitudine. Qui è rappresentata in gradi per giorno la velocità odiernadi rotazione del Sole a latitudini diverse (in grigio). Le osservazioni di Scheiner mostrano che lavelocità di rotazione del Sole nel decennio iniziato nel 1620 (in nero) non differiva sostanzial-mente da quella odierna. Le osservazioni di Hevelius nel decennio iniziato nel 1640 (in colore)rivelano però che la velocità di rotazione del Sole all'equatore, paragonata a quella ai poli, eraaumentata di tre volte. Non si sa se ciò fu causa o conseguenza del minimo di Maunder.

La maggior parte degli astronomi diprofessione che osservavano un'eclissenon guardavano il Sole direttamente nelcielo, ma passavano quegli istanti pre-ziosi scrutando l'immagine dell'eclisseproiettata su uno schermo attraverso untelescopio. Su tale immagine misuravanoi dettagli dell'oscuramento del Sole pro-dotto dalla Luna, argomento che eraallora di grande interesse. Comunque co-loro che guardarono direttamente il Soledurante la totalità dell'eclisse concorda-no nella loro descrizione: attorno allaLuna c'era un debole anello di luce fio-ca, di ampiezza uniforme, rossastro esottile. Nessun osservatore descrisse lacorona biancastra e di struttura comples-sa che oggi è così comune ed evidente.Sulla base di quei resoconti mi sonoconvinto che al tempo del minimo diMaunder la corona solcata da pennacchiera o del tutto assente o così poco lumi-nosa che non si vedeva altro che la lucezodiacale.

A giudicare dalle apparenze, i reso-conti delle eclissi sembrerebbero una pro-va evidente della realtà del minimo diMaunder. Come già facemmo trattandoi resoconti sulle aurore boreali, dobbia-mo però considerare anche ciò che fuvisto nei tempi precedenti. Non ho potu-to trovare descrizioni di una corona do-tata di strutture durante nessuna eclissein nessuna epoca anteriore al minimo diMaunder! Le eclissi totali di Sole hannosuscitato nell'uomo attenzione e pauraper millenni; come si spiega che in mi-gliaia di descrizioni di centinaia di eclissitotali di Sole sia sfuggito all'attenzionedi tutti lo spettacolo più bello e impres-sionante? Forse siamo capaci di vederesolo ciò che stiamo cercando, indipen-dentemente dall'evidenza del fenomeno,basti pensare che solo in pieno XIX se-colo ci si rese conto che la corona facevaparte del Sole. Forse gli osservatori ri-masero abbagliati dagli ultimi raggi diSole prima che l'eclisse raggiungesse latotalità e perciò non notarono la presen-za dell'eterea corona.

Penso che chiunque abbia visto a oc-chio nudo l'affascinante bellezza dellacorona, troverà, come me, queste scusedel tutto inadeguate. Sembra dunquepossibile che il Sole sia effettivamente ri-masto privo della corona per un periodomolto più lungo del minimo di Maunder,forse per varie centinaia di anni. Taleassenza coinciderebbe allora con un pre-cedente periodo di minimo prolungatonell'attività solare, che chiamo minimodi Sporer, e che è evidente nei conteggidelle aurore boreali, nell'assenza di os-servazioni di macchie solari a occhio nu-do e nell'aspetto degli anelli di crescitadegli alberi. Tutto ciò implicherebbe chela corona odierna possa essere un aspet-to transiente del Sole di origine relativa-mente recente.

Un indizio indipendente sul minimo diMaunder proviene dal lavoro che

Dorothy E. Trotter, Peter A. Gilman eio abbiamo fatto per ricostruire le carat-teristiche della rotazione del Sole nel

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XVII secolo. Le osservazioni modernedimostrano che il Sole non ruota comeun corpo rigido; alle latitudini più eleva-te ruota più lentamente, così che le re-gioni equatoriali del Sole compiono ungiro completo in 27 giorni, mentre le re-gioni polari ne impiegano 31. Teorie mo-derne sulla fisica del Sole sostengono chela rotazione differenziale osservata pro-duce il ciclo delle macchie solari permezzo di un meccanismo di dinamo sola-re, in cui i campi magnetici solari gene-rati nell'interno profondo interagisconocon la rotazione differenziale della su-perficie producendo correnti elettriche,che generano a loro volta i campi ma-gnetici delle macchie. Pertanto, in pre-senza di una marcata anomalia nel nu-mero delle macchie solari, ci si potrebbeaspettare di trovare una concomitanteanomalia nel campo magnetico del Soleoppure nella rotazione della sua super-ficie.

La rotazione del Sole può essere misu-

rata con grande accuratezza facendo usodi serie di disegni in cui sono riportategiorno per giorno le posizioni delle mac-chie solari. Le macchie rendono evidentela rotazione della superficie, così come lefoglie galleggianti in un ruscello indivi-duano il flusso dell'acqua. Trotter, Gil-man e io abbiamo ricostruito le caratte-ristiche della rotazione differenziale delSole nel XVII secolo esaminando i dise-gni originali del Sole e delle macchie chesi trovano in due vecchi libri: il Rosaursina, di Christoph Scheiner, pubblica-to nel 1630, prima cioè dell'inizio del mi-nimo di Maunder, e il Selenographia, diJohannes Hevelius, che per un caso for-tuito venne pubblicato nel 1647, proprioall'inizio del minimo.

In entrambi i libri troviamo disegnigiornalieri dell'aspetto del Sole quasi sen-za interruzioni per un periodo di circadue anni. La rotazione del Sole che rica-viamo dai disegni di Scheiner nel Rosaursina per gli anni 1625 e 1626 assomi-

glia molto a quella odierna: la velocità dirotazione del Sole varia con la latitudinein modo analogo. I disegni di Hevelius,fatti a cominciare dal 1642 fino a tutto il1644, proprio quando le ultime macchieandavano svanendo prima della lungaassenza, mostrano un cambiamento co-spicuo e significativo.

L'equatore solare aveva accresciuto lasua velocità completando la sua rotazio-ne in un tempo inferiore di un giornointero rispetto al periodo del 1625! Ineffetti, la velocità di rotazione all'equa-tore aveva avuto un incremento triplorispetto a quella delle regioni a latitudinepiù elevata. Scoprendo questo cambia-mento nello schema di rotazione dellasuperficie del Sole proprio quando lemacchie cominciavano a svanire, abbia-mo forse individuato il responsabile delcrimine? Il cambiamento nella rotazionedifferenziale del Sole fu la causa delminimo di Maunder o ne fu solo unaconseguenza?

A questo punto del mio lavoro di «de-tective» la natura del caso era ov-

viamente cambiata completamente. Benpochi dubbi potevano sussistere: Maun-der e le antiche compilazioni erano nelgiusto. Un ultimo potente indizio restavaa disposizione negli anelli annuali di cre-scita di vecchi alberi.

L'isotopo radioattivo carbonio 14 èprodotto nell'alta atmosfera terrestredall'azione dei raggi cosmici galattici. Ilflusso di quei raggi cosmici è però modu-lato dall'attività solare, che modifica lastruttura del campo magnetico esteso delSole. Quando il Sole è molto attivo, ilsuo campo magnetico esteso fa da scher-mo alla Terra contro parte dei raggi co-smici galattici, così che un numero mi-nore di essi può interagire con l'alta at-mosfera e solo una quantità più ridottadi carbonio 14 può essere sintetizzata.Quando il Sole è meno attivo, il suocampo magnetico esteso si indebolisce;la Terra riceve allora una dose più eleva-

ta di raggi cosmici e il contenuto di car-bonio 14 nell'atmosfera cresce. È veroche la produzione di carbonio 14 non di-pende solo dall'attività solare. Cionono-stante, se potessimo disporre di informa-zioni precise sulla quantità di carbonio14 che fu presente nell'atmosfera in pas-sato, avremmo contemporaneamente unaindicazione dell'attività del Sole nei tem-pi passati.

Gli alberi ci forniscono proprio quelleinformazioni, già organizzate in suddivi-sioni annuali mediante gli anelli di accre-scimento. Il carbonio 14 sintetizzato nel-l'alta atmosfera finisce negli alberi conl'assorbimento di anidride carbonica nel-la fotosintesi. Il rapporto tra l'abbon-danza di carbonio 14 e quella dell'isoto-po comune del carbonio nell'anidridecarbonica all'atto di formazione di ognianello può essere determinato analizzan-do il legno che forma l'anello. Questaanalisi viene effettuata accuratamente damolti anni in appositi laboratori in cui si

studiano gli anelli degli alberi, soprattut-to perché le informazioni sull'abbondan-za del carbonio 14 nel passato sono indi-spensabili per una precisa datazione, me-diante carbonio 14, in archeologia e inaltre discipline. Numerosi specialisti inquel campo hanno posto in rilievo la po-tenziale importanza dei dati del carbo-nio 14 come un metodo per valutare l'at-tività del Sole nel passato.

Già nel 1958 lo studioso olandese Hes-sel DeVries richiamò l'attenzione su unaevidente anomalia nell'abbondanza delcarbonio 14 negli anelli degli alberi dellaseconda metà del XVII secolo e dellaprima parte del XVIII. In quegli annil'abbondanza del carbonio 14 crebbe ra-pidamente, proprio come se il Sole fossestato stranamente inattivo per tutto queltempo. L'effetto di DeVries è stato con-fermato dai dati relativi agli anelli deglialberi in tutto il mondo. La sua connes-sione con una concomitante anomalianel comportamento del Sole non fu però

I cambiamenti intervenuti nel clima mondiale coincidono con levariazioni a lungo termine nell'attività solare. Il ciclo delle macchiesolari dal 1610 al 1950 (in grigio) è rappresentato insieme con le osser-vazioni effettuate in Oriente (fino al 1750) di grandi macchie solariviste a occhio nudo (punte). L'abbondanza relativa del carbonio 14nell'atmosfera, che viene determinata per mezzo dell'analisi deglianelli annuali di crescita degli alberi, è rappresentata dal 1050 al 1900

(in nero). Il rapporto tra l'abbondanza del carbonio 14 e quelladell'isotopo comune del carbonio varia col livello di attività solare:quando il Sole è quieto viene prodotta nell'atmosfera una quantitàmaggiore di carbonio 14, invece quando il Sole è attivo se ne produceuna quantità minore. Nella illustrazione la curva di abbondanza delcarbonio 14 è stata rovesciata (è stata cioè rappresentata in modo chel'abbondanza cresca verso il basso) per permettere un confronto diret-

to con la curva dell'attività solare. La curva del carbonio 14 e quelladel numero di macchie solari osservate sono in buon accordo. 1 picchi ele valli nel livello di attività solare coincidono anche coi picchi e con levalli della curva che rappresenta il rigore degli inverni a Parigi e a Lon-dra e che è stata determinata facendo uso delle registrazioni storichedel climatologo britannico Hubert H. Lamb. L'indice del rigore degliinverni in questa illustrazione è traslato per tenere conto del fatto che c'è

un ritardo di circa 40 anni tra la produzione di carbonio 14 nell'altaatmosfera e l'assorbimento di esso da parte degli alberi. A partire dal1900 circa, quando aumentarono sia l'attività solare che la temperatu-ra sulla Terra, le variazioni di abbondanza del carbonio 14 non sonopiù un indicatore efficiente dell'attività solare; il disaccordo è dovutoall'effetto Suess, cioè alla diluizione del carbonio 14 nell'atmosfera,a causa della combustione di combustibili fossili nell'età moderna.

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1700 17501600 1650550

25

•o 1 w—kaidaiLL

175

IE-MINIMO DI MAUNDER

• • •i -1• • • ••• •-il

150

125

Il numero di aurore boreali osservate anno per anno dal 1550 al 1750(picchi in colore) mostra che tale fenomeno quasi scomparve du-rante il minimo di Maunder. Inoltre il numero di aurore boreali re-gistrate aumentò di venti volte proprio all'inizio del XVIII secolo,

cioè quando sembra sia cominciato il ciclo moderno delle macchiesolari (regione in grigio). Si noti anche che i momenti in cui si videroaurore boreali in maggior numero corrispondono a quelli in cuifurono registrate in Oriente macchie solari viste a occhio nudo (punti).

compresa in tutta la sua importanza, so-prattutto perché la storia dell'attività so-lare era molto poco nota. Ora sembracosa certa che la cospicua variazione,che DeVries trovò nella registrazione delcarbonio 14, conferma chiaramente l'esi-stenza del minimo di Maunder.

La verifica storica del minimo di Maun-der ha così permesso stimolanti progressinella riscoperta della storia del Sole. A-nalizzando gli anelli di Pinus aristata, ilpiù vecchio essere vivente sulla Terra, siè potuto estendere la conoscenza dell'ab-bondanza del carbonio 14 almeno fino al5000 avanti Cristo. L'aspetto principalenella lunga registrazione del carbonio 14è costituito da una lenta modulazionedell'abbondanza di quell'isotopo con unperiodo apparente di circa 10 000 anni.Tale modulazione è prodotta da varia-zioni nell'intensità del campo magneticoterrestre, che, come quello solare, fa daschermo contro i raggi cosmici galattici.Numerose altre variazioni a più brevetermine sono pure presenti nei dati delcarbonio 14. Avevo così trovato che lapiù recente di queste escursioni a piùbreve termine era associata a un'anoma-lia solare che sembrava ben confermatada prove storiche dirette e indirette. Seb-bene altri prima di me avessero avanzatola possibilità dell'associazione tra feno-meni solari e abbondanza di carbonio 14,per la prima volta io sapevo esattamentequale genere di cambiamento sul Sole

aveva prodotto una variazione di entitànota nella registrazione temporale dellaabbondanza del carbonio 14. Potevamocosì calibrare la registrazione del carbo-nio 14 in termini di variazioni dell'attivi-tà solare. Usando il minimo di Maundercome chiave, potevamo decifrare la sto-ria del Sole, rimasta nascosta per cosìtanto tempo, non solo risalendo fino aitempi di Luigi XIV o di Galileo, ma finoall'inizio dell'Età del bronzo, circa 7000anni fa. Come talvolta accade nel lavorodi detective, la soluzione di un caso neaveva fatto aprire un altro di più grandiproporzioni e forse più importante.

A lmeno 12 variazioni, evidenti quantor-1 il minimo di Maunder, compaiononei dati del carbonio 14 negli ultimi 5000anni. La durata di ciascuna di queste va-riazioni è compresa tra 50 anni e qualchecentinaio di anni. Alcune indicano perio-di di forte calo dell'attività solare, comeper il minimo di Maunder. Una di -questeè il minimo di Sporer, che durò dal 1400al 1510, durante il quale furono registra-te poche aurore boreali e poche macchiesolari furono viste a occhio nudo, e incui non si hanno testimonianze di unacorona dotata di struttura da parte diquanti osservarono eclissi totali di Sole.Altre escursioni di grande entità indica-no, al contrario, periodi di attività solareparticolarmente intensa, forse anche piùintensa di quella che abbiamo conosciuto

nei tempi moderni. Una di queste escur-sioni, che io chiamo il massimo medieva-le, ebbe luogo tra il 1100 e il 1300 circa.Un'altra, penso, è quella in cui viviamoora, caratterizzata dall'aumento dell'at-tività solare che seguì il minimo di Maun-der e che potrebbe forse aver raggiunto ilsuo picco col più alto massimo di mac-chie solari mai registrato: quello del 1959.Solo durante questo massimo modernotroviamo resoconti della corona e dellasua struttura, e dell'alto numero di auro-re boreali.

Rimane incertezza nell'interpretazionedell'attività solare odierna facendo usodei dati del carbonio 14 a causa dell'ef-fetto Suess: una significativa diluizionedell'abbondanza del carbonio 14 negli a-nelli degli alberi formatisi a partire dallafine del XIX secolo. Questo fenomeno èstato attribuito all'introduzione nell'at-mosfera di grandi quantità di carbonio,con basso contenuto di carbonio 14, cau-sata dall'aumento su scala mondiale del-la combustione di combustibili fossili nelsecolo scorso. Pare che l'effetto Suessabbia nascosto ciò che si può apprenderedai cambiamenti del carbonio 14 indottinaturalmente nell'era moderna, impe-dendoci di usare lo stato odierno dell'at-tività solare per calibrare i cambiamentinell'abbondanza di carbonio 14 avvenutiin passato.

A questo punto non mi rimane cheun ultimo confronto, un confronto che,

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come suggerì una volta Maunder, puòcollegare le variazioni di attività solare alungo termine con effetti importanti sul-la Terra. Il minimo di Maunder corri-sponde quasi esattamente alla punta più

MASSIMO DISTONEHENGE

MASSIMOMASSIMO DELLE

SUMERICO PIRAMIDI

fredda della «piccola età glaciale», unperiodo di freddo insolitamente intensoin Europa dal XVI secolo. Nei momentipiù freddi di quel periodo la temperaturamedia era più bassa di quella odierna di

MINIMOOMERICO

MINIMO

MINIMO MASSIMOEGIZIO

GRECO ROMANO

circa un grado centigrado, secondo il cli-matologo britannico Hubert H. Lamb.In quel periodo i ghiacciai alpini si spin-sero più avanti di quanto avessero maifatto dopo l'ultima grande glaciazione

MINIMO MASSIMODI SPORER MODERNO

MINIMO MASSIMO MINIMO DIMEDIEVALE MEDIEVALE MAUNDER

15 000 anni fa. In quel periodo andòdistrutta la colonia scandinava nellaGroenlandia sudoccidentale, isolata dalresto del mondo dal ghiaccio della ban-chisa che per anni e anni non si sciolse.È possibile che quell'anomalia del clima- il più rigido dell'ultimo millennio - siacorrelata alla lunga assenza delle mac-chie solari? È possibile che la sparizionedelle macchie solari e la modifica dellecaratteristiche della rotazione solare in-dichino che il flusso di radiazione dalSole è diminuito leggermente? I modellimoderni che descrivono il clima mostra-no che periodi di freddo su scala mon-diale, freddi quanto la piccola età glacia-le, possono essere prodotti da una dimi-nuzione non più grande dell' l per centodella radiazione solare totale, un cam-biamento così impercettibile che sarebbedifficilmente rivelabile con misure diret-te, anche se durasse per decenni.

D'altra parte è possibile che la coinci-denza sia casuale, cioè che il minimo diMaunder e la piccola età glaciale sianoanomalie prive di qualsiasi correlazione.Un collega mi mise in guardia, un gior-no, dai rischi cui si va incontro facendosimili associazioni: egli fece notare che sipotrebbe ipotizzare altrettanto bene unaconnessione tra il minimo di Maunder eil contemporaneo regno di Luigi XIV.Potremmo dunque affermare che un mi-nimo prolungato delle macchie solariproduce un Re Sole?

Ora però che i dati sul carbonio 14hanno reso disponibile un'estesa registra-zione della storia del Sole, possiamo ve-rificare se esiste una correlazione signifi-cativa tra i cambiamenti solari e il clima,confrontando tutte le variazioni solari dimaggiore ampiezza, dedotte dalle varia-zioni del carbonio 14, con la storia delclima nello stesso periodo. Nel fare que-sto confronto saremo limitati soprattuttodall'incertezza nella registrazione del cli-ma: infatti, ormai conosciamo meglio lastoria del Sole che non quella del nostrostesso pianeta!

Ho confrontato la storia del Sole de-dotta dal carbonio 14 con la storia delclima mondiale che Lamb e altri hannoderivato da resoconti storici e dall'avan-zare e regredire dei ghiacciai alpini. Aogni diminuizione dell'attività solare,quale fu per esempio il minimo di Maun-der delle macchie solari, corrisponde unperiodo di avanzata dei ghiacciai in Eu-ropa; a ogni aumento dell'attività solare,come il massimo medievale, fa riscontroun periodo di ritiro dei ghiacciai. Il mi-nimo di SpOrer delle macchie solari cor-risponde per profondità e durata allaprima grande diminuizione della tempe-ratura nella piccola età glaciale. Il massi-mo medievale di attività solare corrispon-de alla calda età medievale ben studiata,in cui la temperatura media mondiale fuelevata quanto quella odierna, se non dipiù. Questi risultati preliminari sul con-fronto tra storia solare e clima rivelanoche i cambiamenti sul Sole sono la causaprincipale delle variazioni climatiche didurata compresa tra 50 anni e varie cen-tinaia di anni.

Stranamente, la connessione evidentetra le variazioni solari e quelle climaticheci può dire poco sugli effetti che i cam-biamenti solari a breve periodo, come ilciclo di I I anni delle macchie, potrebbe-ro avere sulle condizioni atmosferiche abreve termine. Trattando il minimo diMaunder o il massimo medievale non cioccupiamo dei singoli su e giù connessial ciclo delle macchie, ma solo dell'invi-luppo a lungo termine che connette ipicchi di molti cicli. E possibile, secondome, che l'inviluppo lentamente variabilesia il riflesso di piccole variazioni, dipochi percento, nell'emissione totale dienergia dal Sole, variazioni che potreb-bero essere indipendenti dal fatto che ilciclo di 11 anni fosse in fase di massimoo di minimo. Un'emissione solare varia-bile potrebbe modulare l'ampiezza o l'in-tensità di una successione continua dicicli undecennali, tutti dotati di un piccoe di una valle. Come avviene per i segna-li radio a modulazione di ampiezza, ilmessaggio non sarebbe trasportato daisingoli cicli dell'oscillazione continua, madalla loro variazione in ampiezza, cioè,essenzialmente, dall'inviluppo dei picchi.

L'intensità del ciclo delle macchie so-lari potrebbe essere modulata per mezzodella dinamo solare, quando lente varia-zioni nel flusso dell'energia solare altera-no la struttura della zona convettiva delSole e, conseguentemente, lo schema diflusso alla superficie. E possibile che l'ir-raggiamento del Sole sia quasi del tuttoindipendente dalla fase del ciclo unde-cennale delle macchie solari. Un mecca-nismo di questo tipo potrebbe spiegareperché gli studi sulla connessione tra ilSole e le condizioni atmosferiche nonabbiano mai dato risultati positivi, quan-do si cercavano correlazioni col cicloundecennale delle macchie, il quale po-trebbe essere solo la frequenza portante.

Sembrerebbe dunque che Maunder e

L-2 SpOrer avessero ragione e che la mag-gior parte di noi abbia avuto torto. Co-me capita spesso nella corsa in avantidella scienza moderna abbiamo dimenti-cato troppo in fretta il passato, abbiamodimenticato che il ciclo delle macchiesolari non ha certo un «pedigree» perfet-to e che la sua stessa scoperta fu unasorpresa. Abbiamo assunto una sorta dipostulato di uniformità del Sole, sup-ponendo arbitrariamente che il suo com-portamento odierno fosse quello norma-le su scale temporali molto più lunghe.

Come uomini e come scienziati abbia-mo sempre voluto che il Sole fosse mi-gliore delle altre stelle, e migliore anchedi quanto sia in realtà. Molto tempo fasi pensava che il Sole fosse perfetto, equando il telescopio dimostrò che c'era-no macchie sulla sua superficie si trovòsollievo pensando che per lo meno avesseun comportamento regolare. Ora apparechiaramente che tutto ciò non è vero, eche probabilmente il Sole non ha nem-meno un'emissione costante. Sapere tut-to questo ci apre però la via verso unapiù completa conoscenza del Sole e delsuo importante influsso sulla Terra.

9,0

85

3000 2500 2000 1500 1000

Le variazioni nell'attività del Sole a partire dall'Età del bronzo posso-no essere dedotte dall'abbondanza di carbonio 14 negli anelli di cresci-ta di Pinus aristata. usando il minimo di Maunder per calibrare le va-riazioni del carbonio 14 in termini di variazioni solari. Le escursionipiù pronunciate nei dati del carbonio 14 sono rappresentate come unacurva dall'andamento squadrato (in alto); ampiezza e durata di taliescursioni sono state ricavate dalle informazioni sul carbonio 14. Apartire da questa curva l'autore ha derivato la curva della storiadell'attività solare (seconda dall'alto). Tale curva può essere vistacome l'inviluppo su lunga scala dell'ampiezza di un possibile ciclo

MITE

RIGIDO

REGRESSO

AVANZATA

500 a. C. 1 d.C. 500 1000 1500 2000

delle macchie solari. E evidente in entrambe le curve che negli ultimi5000 anni ci sono state almeno 12 variazioni dell'attività solare pro-nunciate quanto il minimo di Maunder: i nomi suggeriti per le varia-zioni precedenti fanno riferimento all'epoca storica. Sono poi rappre-sentate una stima della temperatura media annuale in Inghilterra apartire circa dall'anno 1000 (al centro) e una curva che descrive ilrigore degli inverni a Parigi e a Londra (seconda dal basso). L'ultimacura dà i tempi in cui i ghiacciai alpini avanzarono o si ritiraro-no. Per 5000 anni tutte le curve climatologiche sembrano salire escendere seguendo le variazioni a lungo termine dell'attività solare.

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