Illustrazione dell'artista del veicolo spaziale Cluster dell'ESA che galleggia sopra la Terra. Credito immagine: ESA Clicca per ingrandire
La missione del Cluster dell'ESA ha rivelato un nuovo meccanismo di creazione di "elettroni killer" - elettroni altamente energetici che sono responsabili di danneggiare i satelliti e rappresentare un serio pericolo per gli astronauti.
Negli ultimi cinque anni, una serie di scoperte della missione Cluster su veicoli spaziali multipli ha notevolmente migliorato la nostra conoscenza di come, dove e in quali condizioni vengono creati questi elettroni assassini nella magnetosfera terrestre.
Le prime misurazioni satellitari negli anni '50 rivelarono l'esistenza di due anelli permanenti di particelle energetiche intorno alla Terra.
Solitamente chiamate "fasce di radiazione Van Allen", sono piene di particelle intrappolate dal campo magnetico terrestre. Le osservazioni hanno mostrato che la cintura interna contiene una popolazione di protoni abbastanza stabile, mentre la cintura esterna è composta principalmente da elettroni in quantità più variabile.
Alcuni degli elettroni della cintura esterna possono essere accelerati a energie molto elevate, e sono questi "elettroni assassini" che possono penetrare in schermature spesse e danneggiare l'elettronica satellitare sensibile. Questo intenso ambiente di radiazione è anche una minaccia per gli astronauti.
Per molto tempo gli scienziati hanno cercato di spiegare perché il numero di particelle cariche all'interno delle cinture varia così tanto. La nostra grande svolta è arrivata quando due rare tempeste spaziali si sono verificate quasi una contro l'altra in ottobre e novembre 2003.
Durante le tempeste, parte della cintura di radiazione di Van Allen è stata prosciugata di elettroni e poi riformata molto più vicino alla Terra in una regione che si ritiene sia relativamente sicura per i satelliti.
Quando le cinture di radiazione si riformarono, non aumentarono secondo una teoria di accelerazione delle particelle di lunga data, chiamata "diffusione radiale". La teoria della diffusione radiale considera le linee del campo magnetico terrestre come fasce elastiche.
Se le bande vengono pizzicate, oscillano. Se oscillano alla stessa velocità delle particelle che si spostano intorno alla Terra, le particelle possono essere guidate attraverso il campo magnetico e accelerate. Questo processo è guidato dall'attività solare.
Invece, un team di scienziati europei e americani guidati dal dott. Richard Horne del British Antarctic Survey, Oxford, Regno Unito, ha usato i dati del Cluster e dei ricevitori di terra in Antartide per mostrare che onde a frequenza molto bassa possono causare l'accelerazione delle particelle e intensificare le cinture.
Queste onde, chiamate "chorus", sono emissioni elettromagnetiche naturali nella gamma di frequenze audio. Sono costituiti da elementi discreti di breve durata (meno di un secondo) che sembrano il coro di uccelli che cantano all'alba. Queste onde sono tra le più intense della magnetosfera esterna.
Il numero di "elettroni killer" può aumentare di un fattore mille al culmine di una tempesta magnetica e nei giorni seguenti. Un'intensa attività solare può anche spingere la cintura esterna molto più vicino alla Terra, sottoponendo quindi i satelliti di bassa quota a un ambiente molto più duro di quello per cui sono stati progettati.
La teoria della diffusione radiale è ancora valida in alcune condizioni geofisiche. Prima di questa scoperta, alcuni scienziati ritenevano che le emissioni di coro non fossero sufficientemente efficienti per giustificare la riforma della fascia di radiazione esterna. Ciò che Cluster ha rivelato è che in determinate condizioni geofisiche altamente disturbate, le emissioni di coro sono sufficienti.
Grazie all'esclusiva capacità di misurazione multipunto di Cluster, le dimensioni caratteristiche di queste regioni sorgente del chorus sono state stimate per la prima volta.
Si è scoperto che le dimensioni tipiche sono poche centinaia di chilometri nella direzione perpendicolare al campo magnetico terrestre e alcune migliaia di chilometri nella direzione parallela a questa.
Tuttavia, le dimensioni trovate finora si basano su casi di studio. “In condizioni magnetosferiche disturbate, le regioni di origine del coro formano oggetti lunghi e stretti simili a spaghetti. La domanda ora è se quelle scale perpendicolari molto basse sono una proprietà generale del meccanismo del coro, o solo un caso speciale delle osservazioni analizzate ”, ha affermato Ondrej Santolik, dell'Università Charles, Praga, Repubblica Ceca e autore principale di questo risultato.
A causa della nostra crescente dipendenza dalle tecnologie e dalle comunicazioni spaziali, la comprensione di come, in quali condizioni e dove vengono creati questi elettroni killer, specialmente durante i periodi di tempesta magnetica, è di grande importanza.
Fonte originale: ESA Portal
