L'impressione dell'artista di micro turbolenza vista da Cluster. Credito immagine: ESA Clicca per ingrandire
Grazie alle misurazioni effettuate dalla missione Cluster dell'ESA, un team di scienziati europei ha identificato i "micro" vortici nella magnetosfera terrestre.
Tale turbolenza su vortice su piccola scala, la cui esistenza era stata predetta attraverso modelli matematici, non era mai stata osservata prima nello spazio. I risultati non sono rilevanti solo per la fisica spaziale, ma anche per altre applicazioni come la ricerca sulla fusione nucleare.
Il 9 marzo 2002, i quattro satelliti del Cluster, volando in formazione tetraedrica a 100 chilometri di distanza l'uno dall'altro, stavano attraversando la cuspide nordica? quando hanno fatto la loro scoperta. Le cuspidi magnetiche sono le regioni sopra i poli magnetici in cui le linee del campo magnetico che circondano la Terra formano un imbuto magnetico.
Le cuspidi magnetiche sono le due regioni importanti della magnetosfera terrestre in cui il "vento solare"? - un flusso costante di particelle cariche generate dal Sole che attraversa l'intero Sistema Solare - può accedere direttamente allo strato superiore dell'atmosfera terrestre (la ionosfera).
Grandi quantità di plasma (un gas di particelle cariche) ed energia vengono trasportate attraverso queste e altre? Accessibili? regioni, per penetrare nella magnetosfera - lo scudo protettivo naturale della Terra. Solo meno dell'uno per cento di tutta l'energia trasportata dal vento solare e colpire la magnetosfera terrestre riesce effettivamente a intrufolarsi, ma può ancora avere un impatto significativo sui sistemi terrestri, come le reti di telecomunicazione e le linee elettriche.
Il materiale solare che si intrufola genera turbolenza nel plasma che circonda la Terra, simile a quello dei fluidi ma con forze più complesse coinvolte. Tale turbolenza viene generata ad esempio nelle aree di transizione tra strati di plasma di diversa densità e temperatura, ma i suoi meccanismi di formazione non sono ancora completamente chiari.
La turbolenza esiste a diverse scale, da poche migliaia a pochi chilometri di diametro. Con in situ? Multipunto? misurazioni, i quattro satelliti del Cluster hanno riportato nel 2004 l'esistenza di turbolenze su larga scala - vortici larghi fino a 40.000 chilometri, al fianco della? magnetopausa? (uno strato limite che separa la magnetosfera dallo spazio libero). La nuova scoperta di? Micro? la turbolenza, con vortici di soli 100 chilometri di diametro, è la prima volta nello studio del plasma che circonda la Terra.
Cluster: uno strumento diagnostico senza precedenti
Tale scoperta è molto rilevante. Ad esempio, consente agli scienziati di iniziare a collegare la turbolenza su piccola e grande scala e di iniziare a chiedersi come sia effettivamente formata e quali siano le connessioni. Ad esempio, quali sono i meccanismi di base che guidano e modellano la turbolenza? In che misura i vortici contribuiscono al trasporto di massa ed energia attraverso gli strati limite? Sono necessari piccoli vortici per generarne di grandi? Oppure, d'altra parte, i grandi vortici dissipano la loro energia e creano una cascata di quelli più piccoli?
Nel tentativo di rispondere a queste domande, Cluster è uno strumento diagnostico senza precedenti per la prima mappa tridimensionale dell'ambiente vicino alla Terra, la cui eccezionalità è data dalle sue osservazioni simultanee multi-veicolo spaziale. Il cluster sta rivoluzionando la nostra comprensione dei modi e dei meccanismi con cui l'attività solare influisce sulla Terra.
Inoltre, lo studio di Cluster sulla turbolenza nel plasma terrestre, con le dinamiche e le energie coinvolte, sta contribuendo all'avanzamento delle teorie fondamentali sul plasma. Ciò non è importante solo in astrofisica, ma anche per quanto riguarda la comprensione e la gestione del plasma nei laboratori, date le elevate energie coinvolte. Ciò è particolarmente rilevante per la ricerca sulla fusione nucleare.
Ad esempio, i dati di Cluster stanno completando la ricerca sulla fisica del plasma nel progetto internazionale ITER, una fase sperimentale che coinvolge numerosi istituti di ricerca in tutto il mondo per le centrali elettriche di domani. A questo proposito, sondando la magnetosfera, Cluster ha libero accesso all'unico? Laboratorio naturale aperto? per lo studio della fisica del plasma.
Fonte originale: ESA Portal
