lunedì 8 marzo 2010

Le maree del Sole (e il clima)

(mi scuso per il post davvero troppo lungo e senza interessanti figure variopinte, solo noiosi grafici, ma non ho trovato scritte queste cose da nessuna parte e quindi lo faccio io)

11/8/2010: studiando queste cose ho trovato un mare di persone che se n'e' occupata, e ho quindi aggiunto qualche nota in verde. Nessuno ha fatto i semplici conti indicati qui, e spesso si usano metodi statistici diciamo discutibili.

01/09/2011
Una analisi tecnica sul metodo a massima entropia, usato da Scafetta per analizzare le serie numeriche, è stata fatta di recente nel blog Realclimate.

Mi hanno indicato uno studio in cui Nicola Scafetta, un mio collega che lavora alla Duke University, dimostrerebbe che il Sole ha una pesante influenza sul clima. Purtroppo non è ancora disponibile sulle riviste astronomiche, ma un breve sunto è apparso sia qui che in un articolo pubblicato su "La chimica e l'Industria" (Gen-Feb 2010, pag. 70).

Andando subito al sodo, l'autore sostiene che esistono chiari segnali di correlazione tra le temperature medie globali e la dinamica del Sole.

In questo grafico mostra come l'andamento delle temperature misurate sulla Terra (in alto) mostri delle periodicità che sarebbero analoghe a quelle dell'andamento della velocità del Sole rispetto al baricentro del Sistema Solare (in basso). I due grafici indicano l'ampiezza dei periodi in cui si può scomporre le due serie temporali[1]. In particolare secondo Scafetta sarebbe significativo i grossi picchi a 20, 30 e 60 anni[2], che indicherebbero che il Sole risponde a queste variazioni di velocità, influenzando a sua volta il clima. Se la cosa fosse vera, allora potremmo prevedere l'andamento del ciclo solare, e del clima, sapendo come si muovono i pianeti (cosa piuttosto facile). E naturalmente dovremmo ridimensionare il ruolo del CO2.

Ma questo funziona?

Che il Sole si muova rispetto al resto del Sistema Solare lo so bene, in quanto osservando le righe di emissione delle nubi interstellari devo tener conto dell'effetto di gravità dei pianeti, che spostano la Terra (e quindi pure il Sole) di diversi metri al secondo. La parte da padrone la fa Giove, che difatti riesce a "tirare" il Sole di circa 5 milioni di km, più del raggio del Sole stesso.

Ma una cosa che come fisico so bene è che un corpo in caduta libera, soggetto cioè solo alle forze di gravità, è esattamente come se fosse fermo. Tutte le sue parti vengono attratte insieme e al suo interno non cambia nulla. Anzi, il principio su cui si basa la relatività generale ci dice che è impossibile dall'interno di un corpo capire se sia fermo o se venga sballottato da 9 pianeti che gli girano intorno. L'unica cosa che ha un effetto sono le forze di marea, il fatto che la gravità (ad es. di Giove) è diversa in punti diversi del Sole. Quindi andarsi a calcolare la velocità del Sole non ha nessun senso, perché so già che questa non avrà nessuna influenza sul nostro astro. Ho quindi calcolato l'entità delle maree che i pianeti causano sul Sole.

Le maree sul Sole

Calcolare la forza di marea è abbastanza semplice, e quindi mi sono preso i miei programmini e ho calcolato l'andamento di questa forza tra il 1800 e il 2200. La prima cosa che ho notato è che c'è una singolare compensazione tra le dimensioni del pianeta e la sua distanza. L'effetto della marea cala molto rapidamente con la distanza, e i pianeti interni (Mercurio, Venere e Terra), pur più piccoli, contribuiscono un po' più di Giove (2). Mercurio disturba il Sole non solo con la frequenza del suo periodo (88 giorni) ma anche a frequenze multiple (quindi periodi sottomultipli). Il grosso dell'effetto di marea è quindi a periodi più brevi di un anno. L'effetto è comunque molto piccolo, queste forze sono circa mezzo milionesimo di milionesimo della gravità del Sole stesso.
Periodogramma delle singole maree sul Sole. Da destra si vedono il picco dovuto a Saturno, 4 picchi dovuti a Giove, e tre rispettivamente a Marte (sottile), Terra (periodo di 1 anno) e Venere. I picchi dovuti a Mercurio sono più rapidi, fuori dal grafico. La scala di ampiezza è arbitraria, 1 corrisponde a circa 4 milionesimi di milionesimi della gravità superficiale solare, circa 3 mm.


 
Comunque in ogni momento il Sole è leggermente deformato (qualche millimetro?) per via di queste forze, e ruotando dissipa energia contro questa onda di marea. Qualche scienziato ha ipotizzato che quest'onda, in un mezzo conduttore, possa generare direttamente il campo magnetico solare. L'energia dipende dall'ampiezza complessiva dell'onda, e quindi ho calcolato lo spettro di questa ampiezza. La cosa viene molto complessa, con tantissimi periodi più brevi di un anno, ed alcuni più lunghi, secondo il periodogramma qui sotto. Il grosso dell'energia cambia quindi rapidamente, soprattutto per effetto di Venere e Giove, e poi per tutte le varie risonanze tra i pianeti interni.

Periodogramma dell'ampiezza dell'onda di marea solare. È indicata l'ampiezza ed il periodo dei principali battimenti. L'unità di ampiezza è un decibilionesimo della gravità superficiale del Sole, circa 0,3 mm di marea.

Ci sono anche dei periodi più lunghi, e l'articolo originale si era concentrato su una risonanza tra Giove e Saturno, che ha un periodo di 60 anni. Con 400 anni a disposizione si vede male, ma c'è. Solo che è 30 volte più debole del periodo di Giove, e 150 volte più debole dell'effetto di Venere, corrispondente ad una variazione dell'onda di marea di pochi millimetri. Il periodo a 30 anni è quasi completamente scomparso.

Poniamo che il Sole non riesca a seguire le variazioni veloci, e filtriamo tutto ciò che cambia più rapidamente di 3-4 anni. Qui sotto, in rosso, ho graficato l'andamento dell'ampiezza filtrata: si vede un chiaro periodo corrispondente all'effetto di Giove (che ripeto non è più l'attore principale), di circa 11 anni. Bingo, il ciclo solare. Eh no, troppo presto, innanzitutto sicuramente non sono il primo ad averci pensato, e poi se si grafica insieme il ciclo solare e l'ampiezza dell'onda di marea solare si vede subito che non torna. Il periodo è simile ma non uguale, e il ciclo è talvolta in fase (es. 1900), talvolta opposto (es. 1950) all'ampiezza delle maree. Difatti alcuni autori ipotizzano che ci sia una risonanza 14/15 tra i due periodi.

Ampiezza della componente di marea a periodo lungo (rosso) confrontato con l'indice di attività solare.

In conclusione

Non pretendo in queste poche righe, e con mezza giornata di lavoro, di aver confutato un articolo che non ho neppure letto (non essendo publicato). Non son neppure sicuro di aver capito bene che questo sia quanto sostiene Scafetta, mi baso su di un articolo divulgativo ed un blog di terze persone.

Ma le correlazioni che si vedono nel grafico all'inizio hanno senso solo se si assume che il Sole si accorga di muoversi, cosa che va contro i principi base della fisica. Se si va a cercare un meccanismo fisico, per quanto improbabile, si trova che le correlazioni spariscono, o diventano talmente deboli da non aver significato, mentre segnali dello stesso tipo, molto più forti, non riescono a vedersi nei dati.

L'ipotesi che la gravità dei pianeti, causando maree sul Sole, influenzino in qualche modo il ciclo solare è quindi un'idea suggestiva, ma che per quel che si può vedere non sembra confermata da una analisi un po' più accurata. Stabilire quindi un legame tra i periodi planetari ed il clima terrestre mi sembra quindi quantomeno azzardato.


Note
(1) Come venga fatta questa scomposizione non lo so, aspetto la pubblicazione dell'articolo. Sospetto che sia stato utilizzato un metodo "a massima entropia", che è giustificato se so già a priori che il mio segnale è composto da relativamente poche periodicità. Il che è il caso del Sole, ma non del clima.

(2) Avrei parecchio da ridire sulle "corrispondenze" trovate, non è corretto tracciare linee inclinate per le "quasi corrispondenze". Ma magari un'altra volta. E ancora, aspetto di capire come le giustifica nell'articolo.

(3) Non credo sia un caso. La dimensione di un pianeta dipende da quanto materiale del disco che orbitava intorno al Sole sia riuscito a catturare. Che a sua volta dipende dalla forza di marea del Sole. Mi sembra probabile che questo meccanismo abbia contribuito a rendere le forze di marea dei pianeti sul Sole approssimativamente uguali. Ma è una speculazione buttata lì, più o meno come quelle di Scafetta, e aspetto di venir smentito dal primo planetologo che passa. 

14 commenti:

gg ha detto...

Articolo molto interessante!
Questo è il campo di studi della paleoecologia e paleoclimatologia, un esame che tra l'altro ho fatto (geologia del quaternario).
E' affascinante leggere/studiare i metodi per ricostruire il CLIMA del passato!Quante cose si perdono i disinformatori come Rosario Marcianò!

Thomas Morton ha detto...

Io veramente sapevo che esiste una forte correlazione fra il clima terrestre e l'attività solare, ma non con la sua velocità. Questa dev'essere nuova, comprendo lo scetticismo.

Gianni Comoretto ha detto...

Esiste una buona correlazione tra clima ed attività solare fino circa all'inizio del scolo scorso. Il Sole ha contribuito a circa metà del riscaldamento fino al 1950, e poi sempre meno. Attualmente il clima e' stabile o in leggera diminuzione, e comunque è aumentato pure in questo decennio che è il più caldo da 2000 anni a questa parte, e siamo da diversi anni in un minimo solare pronunciato. Ne avevo parlato qui, in occasione di un'altra teoria "è tutta colpa del Sole".

L'idea che la velocità assoluta del Sole abbia un effetto mi ha letteralmente fatto saltare sulla sedia, è da Galileo che sappiamo che le stesse leggi della fisica non dipendono dalla velocità con cui ti muovi.

Ho quindi cercato la cosa più simile che avesse una minima giustificazione fisica, e ripetuto lo studio assumendo fosse quella a causare l'effetto.

Hanmar ha detto...

Piccolo appunto.
All'ultimo grafico, dove compari l'effetto mareale filtrato e l'attivita' solare, avrei fatto seguire un grafico "somma" in unita' arbitrarie per mostrare l'effetto di fase-controfase dei due cicli.

Saluti
Michele

Paolo C. ha detto...

Un altro studio interessante:

Solar change and climate

Hydraulics ha detto...

Anche se poco attinente con il post originale, segnalo una bella discussione su
WUWT (capita!) riguardante i (presunti) legami fra Sole e clima.
Vale la pena leggere i commenti di Rypdal Sr, anche per la chiarezza delle spiegazioni.

Gianni Comoretto ha detto...

Dopo aver letto qualche articolo di Scafetta mi ritrovo in quel che afferma Rypdal e riporta Svalgaard. S. cerca di correlare di tutto e di più (in genere stiracchiando MOLTO i dati e le assunzioni) per trovare a tutti i costi una correlazione tra Sole e clima.

Le correlazioni che trova sono del tipo esaminata qui (tra frequenze nello spettro del clima e frequenze in una variabile, la velocità del Sole, che Einstein ci garantisce non avere nessun effetto fisico), o di quello dell'articolo discusso su WUWT (una particolare forma statistica del numero di flares giornalieri del Sole e delle variazioni di temperatura). Cose che anche se fossero vere sono talmente deboli da poter essere un caso. E poi si scopre sono pure frutto di errori di metodo.

Assomiglia MOLTO agli studi sull'omeopatia: se prendo gli studi effettuati quando c'era la luna piena, li impilo tutti e li guardo in controluce con una luce viola vedo apparire un profilo di un coniglio. Un caso? Noi di Voyager....

Alevia ha detto...

Verso il sole non c'è solo l'attrazione dei pianeti all'interno del sistema solare ma anche quella all'esterno del sistema solare dovuta agli altri oggetti di cui sappiamo poco. Forse le forze esterne sono ininfluenti al problema ed io ho fatto un'osservazione da inconpetente totale. Alla mia domanda c'è sicuramente una risposta banale.

Citazione ...
Ma una cosa che come fisico so bene è che un corpo in caduta libera, soggetto cioè solo alle forze di gravità, è esattamente come se fosse fermo. Tutte le sue parti vengono attratte insieme e al suo interno non cambia nulla ...

Gianni Comoretto ha detto...

Difatti hai trovato il pezzettino del mio testo che risponde alla tua domanda.

Le forze di marea calano MOLTO rapidamente con la distanza. Inoltre più lontano è qualcosa, più lenti sono i cambiamenti. Direi che possiamo tranquillamente escludere influenze gravitazionali di qualsiasi cosa più lontana di Giove sull'attività solare.

Che poi possa esserci qualcos'altro, tutto è possibile, ma forse prima di fare ipotesi a raffica occorrerebbe individuarlo. Sennò siamo alla storia della teiera spaziale.

Alevia ha detto...

Ooops ! Grazie, mi era sfuggito.

Hydraulics ha detto...

A volte ritornano...

Planetary tidal effects on solar activity (pdf)

C'è qualcosa che mi lascia perplesso ma non riesco a mettere a fuoco.

Gianni Comoretto ha detto...

La tesi della Georgieva e' che quando le maree sono in una fase opportuna con il ciclo solare, lo rafforzano, e viceversa. Siccome sono dominate dal periodo di Giove, che è quasi uguale, hai un effetto di "battimento".

Francamente i dati mi sembrano pochi, e le variabili che puoi aggiustare tante, per cui temo che la correlazione sia significativa solo se la fai "a priori", cioè fai UNA ipotesi e vai a vedere se torna. Se ne fai tante, trovarne una che torna (e poi pubblichi solo quella) la trovi sempre.

Avevo provato a guardare, ad occhio, se vedevo un effetto del genere nel mio ultimo grafico (le due curve rossa e nera), ma a occhio non si nota nulla. Poi vorrei vedere se c'è una plausibilità fisica, se i suoi conti di accelerazione e velocità sono giusti, ecc. Ma potrebbe aver ragione.

In ogni caso questa è una ipotesi che non c'entra NULLA con i grafici di Scafetta, o ha ragione lei o Scafetta, magari nessuno ma non entrambi.

Gianni Comoretto ha detto...

Letto l'articolo della Georgieva. Contiene un errore catastrofico (per le conclusioni).

Lei si calcola, correttamente, le forze mareali che agiscono sulla superficie del Sole. Una parte di queste forze è parallela alla superficie, e crea movimenti orizzontali del gas solare. Fin qui tutto giusto, e i conti tra l'altro tornano molto bene con i miei (quindi penso di averli fatti giusti).

Ma poi lei assume che questa forza agisca per una frazione di giorno solare (canonicamente 1/2 pigreco giorni solari, circa 5 giorni terrestri), e quindi anche se è minuscola produce movimenti a velocità significative (metri al secondo) sulla superficie del Sole. Quel che succede invece è che il Sole si deforma, forma due rigonfiamenti nella direzione del pianeta e ai suoi antipodi, e poi il moto si ferma, la forza di marea è contrastata dalla deformazione.

Il rigonfiamento è minuscolo, millimetri, per cui la velocità che si riesce a raggiungere è grossomodo qualche millimetro in 5 giorni. Assolutamente ininfluenti rispetto ai moti dei gas solari che generano il campo magnetico della nostra stella.

Hydraulics ha detto...

Vedo solo ora l'ultimo commento.

Grazie per la spiegazione, capisco qualcosa di forze mareali ma non credo sarei riuscito a scovare l'inghippo.