La missione Solar Orbiter affronta la questione fondamentale dell'eliosfera: come la nostra stella genera e perturba l'eliosfera?

La calda atmosfera solare è in continua espansione sotto forma di un vento solare che soffia a diverse centinaia di chilometri al secondo, che spazza i pianeti e permea l'intera eliosfera, i cui limiti sono stati recentemente superati dalla flotta Voyager.

Il vento solare è perturbato da violente esplosioni solari ed enormi eruzioni guidate dall'attività magnetica solare controllata da una dinamo radicata sotto la superficie solare.

Solar Orbiter è progettato per ottimizzare lo studio del legame tra il Sole e il mezzo interplanetario con strumentazione complementare di tipo remote sensing e in situ, affrontando le seguenti tematiche scientifiche:

• In che modo il campo magnetico crea la corona solare calda e attiva?
• In che modo la corona a sua volta crea e perturba l'eliosfera?

Più specificamente, con Solar Orbiter la comunità scientifica intende affrontare le seguenti questioni scientifiche cruciali:

• Come funziona la dinamo solare e come ontrolla le connessioni tra il Sole e l'eliosfera?
• Come e dove hanno origine nella corona il plasma del vento solare e il campo magnetico?
• In che modo i brillamenti solari e le eruzioni determinano la variabilità eliosferica?
• In che modo i brillamenti solari e le eruzioni producono radiazioni energetiche di particelle che riempiono l'eliosfera?

La richiesta di avvicinarsi al Sole è dettata dalla necessità di osservare:

• i processi che riscaldano la corona su scala spaziale inferiore alla risoluzione degli attuali telescopi in orbita terrestre o situati nel punto lagrangiano L1;
• il plasma solare incontaminato iniettato nell'eliosfera che si trova vicino al Sole non è stato ancora spazzato via dalle interazioni del plasma nella propagazione verso l'esterno.

Il requisito di osservare le regioni polari è dettato dalla necessità di:

• esplorare l'interno del Sole anche ai poli per capire la dinamo solare, che genera il campo magnetico. La dinamo solare opera al di sotto della superficie della stella, nelle profondità della zona di convezione dove un campo magnetico oscillante è mantenuto dai movimenti del plasma. La zona di convezione polare non è stata ancora sondata tramite elio-sismologia, poiché i poli solari non possono essere studiati dal piano dell'eclittica per semplici ragioni geometriche;
• osservare la struttura in 3D delle espulsioni coronali di massa (CME) dovute alle eruzioni solari, esplorando la struttura longitudinale della corona quando si osserva fuori dall'eclittica. Le osservazioni fuori dall'eclittica sono fondamentali per rilevare la propagazione delle CME dirette verso la Terra e valutarne la geo-efficacia. Le CME hanno un impatto con la magnetosfera terrestre a velocità spesso superiori a 1000 km s^-1;
• rilevare il vento solare veloce, che soffia a 800 km s^-1, quando emerge dai poli solari.

Il requisito di quasi co-rotazione con il Sole, quando si è al perielio, è necesario per:

• rallentare il passaggio della corona solare al lembo, consentendo così di comprendere l'evoluzione del campo magnetico prima delle espulsioni coronali di massa e l'identificazione del processo fisico che ha originato la grande perturbazione dell'atmosfera solare durante tali eventi;
• mantenere il legame magnetico del plasma eliosferico alla sorgente sulla superficie solare, permettendo così di seguire l'evoluzione intrinseca del plasma, separandola dagli effetti di rotazione solare, in modo da legare i parametri del plasma all'evoluzione della sorgente solare.