di Leif Svalgaard (Trad. Tito Frate – Montalto Solar Observatory)
Introduzione
La previsione del ciclo solare è un obiettivo importante della fisica solare. C’è una crescente accettazione sul fatto che i campi polari del Sole durante i due o tre anni che precedono il minimo siano un “seme” per il ciclo solare successivo, un seme che viene trasportato e amplificato all’interno dalla dinamo solare. In tal caso, prevedere la dimensione del prossimo ciclo solare si riduce a prevedere o meglio, misurare i campi polari. La presente ricerca utilizza le osservazioni di WSO dal 1976, integrate dagli ultimi dati di HMI per determinare il momento del dipolo assiale solare [DM] confrontandolo con il DM al minimo precedente. Il DM ora è maggiore del precedente e pertanto il ciclo 25 sarà più grande del ciclo 24, approssimativamente a metà strada tra i cicli 20 e 24. La dimensione prevista del nuovo ciclo 25 è 128 ± 10 quindi leggermente più grande del ciclo precedente.
Metodo
Schatten et al. (1978) ha suggerito che il campo magnetico delle regioni polari vicino al periodo di minimo solare sarebbe un precursore per determinare l’ampiezza del ciclo successivo. Schatten e colleghi hanno ottenuto un discreto successo nell’utilizzo del precursore basato sul campo polare (leggermente modificato) nella previsione dei cicli dal 21 al 24 (Schatten, 2005). Leif Svalgaard invece, ha suggerito che il precursore del ciclo successivo debba essere individuato nei campi polari medi durante l’intervallo di tre anni che precede il minimo solare. Poiché il minimo solare è stato appena superato alla fine del 2019 (NASA, 2020) siamo nel momento giusto per l’applicazione del metodo.
Dati
Il campo magnetico del Sole vicino ai poli è stato misurato regolarmente con la sensibilità richiesta al Mount Wilson Observatory (MWO (Ulrich et al., 2002), dal 1967) e al Wilcox Solar Observatory (WSO (Svalgaard et al., 1978), dal 1976). I dettagli sulle osservazioni possono essere trovati in Svalgaard et al. (2005) dove i dati sono stati utilizzati per prevedere (con successo) il ciclo solare 24. I dati del campo magnetico polare curati da Todd Hoeksema possono essere ottenuti dal sito web WSO all’indirizzo http://wso.stanford.edu/Polar.html.
La variazione regolare nell’osservazione dei campi della calotta polare
La caratteristica principale del metodo proposto in Svalgaard et al. (2005) è stato quello di utilizzare, una volta che si fossero formati campi polari stabili, appena dopo l’inversione di polarità, la media risultante dal momento di dipolo (misurato come valore assoluto della differenza tra i campi delle due calotte polari solari. 
Figura 1. Misurazioni del campo polare WSO: medie a 30 giorni dei campi del polo nord (blu scuro) e dei campi del polo sud (rosa), entrambi campionati ogni dieci giorni. Il “Momento di dipolo” è definito come DM = [(campo (Nord)-campo (Sud)], curva verde. I valori medi per gli intervalli (ombreggiatura giallo chiaro) di tre anni prima dei minimi solari (i valori annuali del numero di macchie solari mostrato dalla curva marrone) sono contrassegnati da una linea orizzontale rossa. Durante questi intervalli la modulazione annuale è chiaramente visibile nei campi polari. Nel momento in cui le modulazioni tra gli emisferi sono opposte esse si annullano per il momento di dipolo.
Poiché la transizione dal ciclo 24 al ciclo 25 è alquanto insolita (alta asimmetria emisferica) è interessante mostrarlo in modo più dettagliato: 
Figura 2. Dettagli della misurazione del campo polare WSO: medie di 30 giorni dei campi polari nord (linea blu) e dei campi polari sud (linea rossa), entrambi campionati ogni dieci giorni. Durante gli intervalli (ombreggiatura giallo chiaro) di tre anni prima dei minimi solari annuali la modulazione dei campi polari (N + S, curva viola) è forte e stabile. Nel momento in cui le modulazioni tra gli emisferi sono opposte esse si annullano per il momento di dipolo (N-S, curva verde). I numeri delle macchie solari (SN v2) separatamente per ciascun emisfero sono mostrati in blu sottile (Nord) e curve rosse (Sud) nella parte inferiore della figura.
Dopo l’inversione nel 2014, si è verificata una forte “ondata” di attività solare nell’emisfero meridionale con la formazione di un campo significativo nella calotta polare meridionale circa un anno dopo, (commisurato al tempo impiegato dalla circolazione meridionale per portare il flusso alla calotta polare) e ha avviato la modulazione annuale. Allo stesso modo, un’impennata nell’emisfero settentrionale nel 2011 ha causato l’inizio dell’inversione del campo polare nord dopo il solito ritardo. La relazione tra picchi di attività e le successive inversioni di campo polare sono una caratteristica comune dell’evoluzione magnetica dei cicli solari (Svalgaard & Kamide, 2013; Shukuya & Kusano, 2017) ed è utile per interpretare i dati.
Tabella 1. WSO Momenti di dipolo misurati (o stimati) (colonna 3) per i minimi precedenti Cicli da 21 a 25 calcolati come differenza (assoluta) tra i campi riportati nel file calotte polari (sopra 55º di latitudine) media (colonna 2) su tre anni prima dei minimi in metà superiore della tabella e più di due anni prima dei minimi nella metà inferiore. Valori che sono particolarmente incerti sono inseriti in corsivo. Colonna 4: i valori massimi osservati di numeri mensili di macchie solari smussati (versione 2; Clette et al. (2014)) per ogni ciclo. Colonne 5 e 6: numero di macchie solari calcolato dal DM utilizzando le relazioni derivate da regressioni mostrate nella Figura 4 di seguito. Colonna 7: l’SNMax previsto viene considerato come media delle colonne 5 e 6. Colonna 8: L’errore percentuale della previsione (Δ% = | col.7-col.4 | /col.4 ×100). Colonna 9: il tempo del minimo solare prima di ogni ciclo.
Risultati
Utilizzando i dati nella Tabella 1, calcoliamo la regressione di SNMax rispetto al DM per i cicli 21-24, utilizzando entrambi i 3 anni e medie di 2 anni di DM prima del minimo solare (Figura 4). I coefficienti di determinazione R2 sono molto alti ( 0,99). Come elaborato nella tabella 1, il valore SN massimo previsto risultante è pari a 128.
Figura 4. Il numero massimo mensile di macchie solari livellato, SNMax, per i cicli 21-24 è regredito contro il momento dipolare (assoluto) calcolato in media su tre anni prima del minimo solare (blu simboli) e oltre due anni (simboli viola). Simboli di tonalità più chiara sono usati per il di più incerto Ciclo 21. Dove i simboli si coprono completamente a vicenda, sono stati sfalsati leggermente per scopi di visualizzazione. La previsione per il ciclo 25 è mostrata con diamanti rossi.
Conclusione
Che la previsione del ciclo solare sia ancora agli inizi è confermata dall’estrema gamma di previsioni del ciclo 25 (Pesnell, 2020; vedere la Figura 5 sotto) con un ampio ventaglio da 50 a 233. La nostra previsione è mostrata dal cerchio giallo al centro del grafico.
Figura 5. Le 38 previsioni del ciclo solare 25 registrate entro gennaio 2020. La nostra previsione (128 ± 10) è indicata dal “Sole” giallo al centro del grafico, vicino alla media (123 ± 21) dei metodi precursori che sembrano essere preferiti. La media complessiva è di 132 ± 47 (mediana 124).
Link articolo in inglese: [2010.02370] Prediction of Solar Cycle 25 (arxiv.org)