Nella magnetosfera terrestre presenti gli elettroni killer

Prendete un mazzo di elettroni che si muovono velocemente, metteteli in orbita e poi colpiteli con le onde d'urto di una tempesta solare. Che cosa avrete ottenuto? Elettroni killer! Questa è la scioccante ricetta rivelata dalla missione Cluster dell'ESA. 

Gli elettroni Killer sono particelle altamente energetiche intrappolate nell'atmosfera della Terra dalle radiazioni esterne, che si estende da 12 000 km a 64 000 km sopra la superficie del pianeta. Durante le tempeste solari il loro numero cresce di almeno dieci volte e possono essere una minaccia per i satelliti. Come suggerisce il nome, gli elettroni energetici killer sono sufficienti per penetrare oltre la schermatura di un satellite e provocare microscopici fulmini. Se queste scariche elettriche coinvolgessero componenti vitali, il satellite potrebbe essere danneggiato o addirittura diventare inutilizzabile.

Il 7 novembre 2004, il Sole lanciò una tempesta solare in direzione della Terra, composta da un'onda d'urto interplanetaria seguita da una grande nuvola magnetica. L'onda d'urto prima travolse il satellite solare SOHO facendo schizzare la velocità del vento solare (il flusso costante di particelle solari) improvvisamente da 500 km / s a 700 km / s.

Poco dopo, l'onda d'urto colpì la bolla magnetica a protezione della Terra, conosciuta come magnetosfera. L'impatto indusse un fronte d'onda di propagazione all'interno della magnetosfera a più di 1200 km / s in orbita geostazionaria (36 000 km di altezza), attorno alla Terra. La quantità di elettroni energetici nella cintura esterna di radiazione iniziarono ad aumentare troppo, secondo gli strumenti RAPID Cluster (ricerca con Adaptive Particle Detectors Imaging). I quattro satelliti Cluster in orbita ellittica, che si avvicinano a 19 000 km e si allontanano fino a 119 000 km.

Comprendere l'origine degli elettroni killer è stato un punto di riferimento per i ricercatori di meteorologia spaziale. Grazie ai dati precedenti raccolti dai Cluster e da altre missioni spaziali, gli scienziati hanno proposto due metodi con cui gli elettroni possono essere accelerati a tali dannosi livelli di energia. Si basa su una frequenza molto bassa (VLF) con onde di 3-30 kHz, mentre l'altra su un'ultra bassa frequenza (ULF) con onde di 0,001-1 Hz.

Quali delle due onde sono responsabili? Entrambi. "Sia le VLF che le onde ULF accelerano gli elettroni nella cintura della Terra ma con tempi diversi. Le onde ULF sono molto più veloci rispetto alla VLF, a causa della loro ampiezze molto più grande", dice Qiugang Zong all'Università di Pechino (Cina) e della University of Massachusetts Lowell (USA), autore principale del documento che descrive questo risultato.

I dati mostrano che un processo suddiviso in due fasi provoca l'aumento sostanziale di elettroni killer. L'accelerazione iniziale è dovuta al forte shock connesso alla compressione del campo magnetico. Immediatamente dopo l'impatto, le linee di campo magnetico terrestre cominciano a vacillare nelle ultra basse frequenze. A loro volta, queste onde ULF sono capaci di accelerare gli elettroni facendoli diventare elettroni killer.

Anche se l'analisi è stata lunga, i risultati sono stati eccellenti. Ora, gli astronomi sanno come vengono accelerati gli elettroni killer. "I dati provenienti dai quattro satelliti Cluster hanno permesso l'identificazione delle onde ULF in grado di accelerare gli elettroni," ha detto Malcolm Dunlop, del Rutherford Appleton Laboratory di Didcot (UK) e co-autore di questo studio.

Grazie a questa analisi sappiamo che gli elettroni killer possono colpire l'atmosfera in soli 15 minuti. "Queste nuove scoperte ci aiutano a migliorare i modelli di previsione per l'ambiente in cui operano i satelliti e gli astronauti. Se l'attività solare dovesse aumentare, ci aspettiamo maggiori shock della nostra magnetosfera nei mesi e negli anni a venire", dice Philippe Escoubet , responsabile della missione Cluster dell'ESA.

traduzione a cura di Arthur McPaul

Link:
"http://www.sciencedaily.com/releases/2010/03/100311101659.htm"

Il campo magnetico terrestre era molto più debole in passato

Secondo un nuovo studio, il campo magnetico di protezione che avvolgeva la Terra, era probabilmente solo la metà di quello attuale.

La ricerca ha inoltre rilevato che il campo magnetico della Terra è 200 milioni di anni più vecchio di quanto si pensasse, che ha implicazioni per la quantità di acqua che era originariamente presente e forse anche per lo sviluppo della vita. Inoltre, secondo i ricercatori, uno spessore così debole nei primi milioni di anni di vita della Terra avrebbe procurato spettacolari aurore a latitudini più basse, fino a New York City ad esempio.

Il campo magnetico terrestre è generato dai turbolenti moti convettivi del nucleo fuso del pianeta. Il campo si estende intorno alla Terra nello spazio fino a quando non incontra il vento solare (il flusso di particelle cariche del Sole). Il confine, dove i due si incontrano, è chiamato magnetopausa. Il campo magnetico protegge la superficie terrestre e la vita su di essa presente, dalla radiazione solare, che è dannosa per gli organismi viventi.

Ma poco si sa sullo scudo magnetico terrestre e su come e quando esso si sia formato. John Tarduno dell'University di Rochester e i suoi colleghi della University of KwaZulu-Natal in South Africa, hanno analizzato i cristalli presenti nelle antiche roccie che preservano le traccie del campo magnetico. Alcune rocce ignee chiamato daciti contengono microscopici cristalli di quarzo, che a loro volta hanno nanometriche inclusioni magnetiche che agiscono come mini bussole, registrando l'intensità del campo magnetico terrestre al momento in cui il dacite si raffreddò da magma fuso a roccia fusa.

Per cercare questi reperti, Tarduno e i suoi colleghi hanno utilizzato i frammenti meglio conservati di dacite risalenti a 3,5 miliardi di anni in Sud Africa, alcune delle rocce più antiche ancora esistenti sulla superficie terrestre. Utilizzando un rilevatore magnetico particolare, la squadra ha trovato che i cristalli nella roccia hanno registrato un campo magnetico che era dal 30 al 50 per cento più debole rispetto a quello attuale oggi. La scoperta è stata pubblicata il 5 marzo su Science.

Alcuni scienziati hanno ipotizzato che non vi era alcun campo magnetico sulla Terra primitiva, così questo risultato "dimostra che non esisteva un campo in quel momento" ha detto Tarduno. Questo campo magnetico più debole ha anche implicazioni per le condizioni sulla Terra primitiva.

Protegge la Terra

Poichè "il campo magnetico si trova a contatto del vento solare", dice Tarduno, "erode le molecole nell'atmosfera terrestre. In passato, non solo era più debole, ma il Sole ruotava più rapidamente e il vento solare era più forte e quindi la magnetopausa era probabilmente molto più vicina alla Terra (oggi è a una distanza di circa 10,7 raggi terrestri, ma allora poteva essere probabilmente intorno al 5 raggi terrestri (il raggio terrestre è di circa 4.960 miglia, o 6.370 km).

La situazione del vento solare sulla Terra potrebbe essere stata qualcosa di simile alla tempesta solare di Halloween del 2003, che ha colpito i satelliti, la comunicazione, il traffico aereo e i sistemi di produzione di energia. "Questo significa che le particelle in diffusione dai raggi del Sole raggiungevano molto di più la Terra", ha detto Tarduno. L'implicazione di tale situazione è che il vento solare abbia rimosso molecole volatili, come l'idrogeno, dall'atmosfera terrestre ad una velocità molto maggiore di quello che stiamo perdendo oggi", ha detto. E la perdita di idrogeno comporta una perdita di acqua. A sua volta, se molta di acqua fu strappata velocemente, osservando la quantità attuale, il pianeta deve aver avuto ancora più acqua all'inizio", ha detto Tarduno.

La vita come noi la conosciamo

L'Acqua e il campo magnetico di protezione sono essenziali per lo sviluppo della vita come noi la conosciamo, per cui questo studio ha anche implicazioni per la comprensione di come nacque la vita sul nostro pianeta, così come anche al di là del nostro sistema solare sugli esopianeti. Moira Jardine, un astronomo presso l'Università di St. Andrews in Scozia, che non è stato coinvolto con lo studio, dice in un saggio correlato che "il campo magnetico potrebbe essere anteriore alla nascita della vita sulla Terra".

Lo sviluppo di campi magnetici su altri pianeti al di fuori del Sistema Solare è anche una cosa da considerare quando si cercano pianeti attorno a stelle giovani, con venti solari più forti e più frequenti tempeste solari rispetto a quelle odierne del Sole, ha scitto Jardine. Questo significa anche per l'evoluzione di un pianeta extrasolare simile alla Terra, "è necessaria una grande abbondanza di acqua", ha detto Tarduno.

Il debole campo magnetico sulla Terra primordiale può aver favorito spettacolari aurore, estese fino a tre volte rispetto alle attuali e a latitudini molto basse, vicine a quella di New York City. Le aurore sono fenomeni di luce causate da particelle solari che vengono incanalate oltre il campo magnetico dai poli e interagiscono con gli atomi nell'atmosfera della Terra, eccitandoli e causando la nascita di fotoni di luce.

a cura di Arthur McPaul
Link: "http://www.space.com/scienceastronomy/earth-early-magnetic-field-100305.html"