IBEX svela i segreti della magnetosfera terrestre

Posted on agosto 17, 2010

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Immaginate di galleggiare a circa 35.000 miglia al di sopra del lato soleggiato della Terra. Il nostro pianeta brilla sotto in una maestosa spirale di colore e forme. Tutto sembra tranquillo, senza satelliti o detriti spaziali da schivare e ci si potrebbe semplicemente rilassare e godersi il vuoto nero dello spazio.

Ma l’apparenza inganna. In realtà, inconsapevolmente siamo giunti in una invisibile e caotica trappola elettromagnetica, il luogo in cui un supersonico “vento” di particelle cariche provenienti dal Sole si schianta frontalmente nella bolla protettiva magnetica che circonda il nostro pianeta. Viaggiando ad un milione di miglia all’ora, i protoni del vento solare e gli elettroni della magnetosfera terrestre hanno poco tempo per regolare il flusso intorno ad essa e si riscaldano e rallentandosi fino quasi a fermarsi mentre si accumulano lungo il suo confine esterno, la magnetopausa, prima di salire deviati lateralmente.

I fisici dello spazio hanno avuto un senso generale di queste dinamiche per decenni ma le conferme non si sono avute fino all’avvento di IBEX, un velivolo spaziale della NASA lanciato nel mese di ottobre del 2008, che ha potuto osservare le prime immagini di questo crash elettromagnetico.

Ora si può testimoniare di come alcune particelle cariche del vento solare vengano neutralizzate dall’atmosfera terrestre.
IBEX non è stato progettato per tenere d’occhio la magnetosfera terrestre ma per studiare le interazioni che si verificano ben oltre i pianeti, da 8 a 10 miliardi miglia di distanza, dove la bolla magnetica del Sole, l’eliosfera, incontra lo spazio interstellare.

Solo due veicoli spaziali, Voyager 1 e 2, hanno osato abbastanza per sondare direttamente questa regione. IBEX, che viaggia in un’orbita di 8 giorni attorno alla Terra, possiede un paio di rilevatori in grado di osservare la regione di interazione da lontano.

Ecco come: Quando i protoni in rapido movimento nel vento solare raggiungono il bordo dell’eliosfera, a volte catturano gli elettroni dagli atomi più lenti intorno a loro. Questo scambio di carica elettrica genera atomi di idrogeno neutri che non sono più controllati dai campi magnetici. Improvvisamente, sono liberi di andare dove vogliono – e poiché sono ancora in movimento veloce, ben presto si spostano distanza dal confine interstellare in tutte le direzioni.
Alcuni di questi “atomi energetici neutri”, o ANE, oltrepassata la Terra, vengono esaminati da due rilevatori di IBEX che registrano il numero e l’energia di atomi presenti.

Poiché il suo asse di rotazione è sempre puntato al Sole, la sonda scansiona strisce sovrapposte che creano una mappa completa di 360 gradi ogni sei mesi.

Poiché IBEX orbita attorno alla Terra, ha anche un posto in prima fila per osservare le caotiche particelle del vento solare lungo il limite della magnetopausa della Terra, a circa 35.000 miglia. Gli ANE sono creati anche lì, quando i protoni del vento solare strappano gli elettroni dagli atomi di idrogeno nelle vestigia più esterne della nostra atmosfera, l’esosfera.

Altre sonde hanno cercato di misurare la densità dell’esosfera senza molto successo. Imager per magnetopausa-to-Aurora Global Exploration (IMAGE) della NASA hanno individuato gli ANE probabilmente da questa regione un decennio fa, ma i suoi rilevatori non hanno avuto la sensibilità per individuare o misurare la fonte.

Ora, grazie a IBEX, sappiamo quanto sia in realtà tenue l’esosfera esterna.

“Quando l’interazione è più forte, ci sono solo circa otto atomi di idrogeno per centimetro cubo”, spiega Stephen A. Fuselier, ricercatore della Lockheed Martin Space Systems.
I risultati della sua squadra appaiono nel numero dell’8 luglio Geophysical Research Letters.

Le principali osservazioni sono state effettuate tra marzo e aprile 2009, quando IBEX si trovava lontano dalla Terra, a metà strada verso l’orbita della Luna e i suoi rivelatori hanno reso possibile acquisire direttamente la regione di fronte alla magnetopausa.

Durante alcune delle osservazioni di marzo, l’Agenzia Spaziale Europea ha posizionato un rilevatore della sonda proprio di fronte alla magnetopausa, dove si misurava il numero di protoni deviati direttamente dal vento solare.

“I Cluster hanno svolto un ruolo molto importante in questo studio” spiega Fuselier.
“Era nel posto giusto al momento giusto”.

Le nuove mappe di IBEX mostrano che le ANE appaiono sottili in aree distanti dal punto di intensità di picco. Questa discrepanza ha un senso secondo Fuselier, perché la magnetopausa della Terra non è sferica ma ha una forma a goccia.

Quindi, in luoghi ben lontani dalla linea centrale della magnetopausa, un minor numero di atomi di idrogeno dell’esosfera interagiscono con il vento solare. “No esosfera, no ANE”, egli spiega.

Dal suo lancio, IBEX ha anche acquisito dati sorprendenti riguardo alla Luna. La Luna non ha atmosfera o magnetosfera e il vento solare sbatte senza ostacoli nella sua superficie desolata. La maggior parte di queste particelle vengono assorbite dalla polvere lunare. In realtà, alcuni visionari vorrebbero estrarre l’elio-3, un isotopo presente in piccole quantità nel deflusso del Sole, per sfruttarlo come combustibile per gli esploratori futuro.

Eppure, i chimici hanno a lungo pensato che alcuni protoni del vento solari possano rimbalzare sulla superficie lunare, diventando ANE attraverso lo scambio di carica. In effetti dice David J. McComas del Southwest Research Institute di San Antonio, in un rapporto pubblicato l’anno scorso sul Geophysical Research Letters, McComas e altri ricercatori conclusero che circa il 10% delle particelle di vento solare colpisce la fuga Luna allo spazio come ANE rilevabili da IBEX. Ciò equivale a circa 150 tonnellate di atomi di idrogeno riciclato all’anno.
Nel frattempo, lo squat, il velivolo spaziale ottagonale continua la sua funzione di mappatura delle interazioni tra l’eliosfera ultraperiferica e il mezzo interstellare che si trova al di là.

McComas e il suo team sono particolarmente ansiosi di saperne di più sul misterioso e inaspettato “nastro” di ANE.
Al NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md, IBEX Mission Scientist Robert MacDowall dice che la sonda dovrebbe essere in grado di continuare le sue osservazioni fino almeno al 2012.

“Non eravamo sicuri che tali interazioni heliosferiche potessero variare con il tempo, eppure lo fanno”, spiega, “ed è bello che IBEX sarà in grado di registrarli per gli anni a venire”.

Traduzione e adattamento a cura di Arthur McPaul

Link:
“http://www.sciencedaily.com/images/2010/08/100816151047-large.jpg”
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