Scoperto un colossale acceleratore di particelle attorno alla Terra

Gli scienziati hanno annunciato la scoperta di un colossale acceleratore di particelle nel cuore delle fasce di radiazione di Van Allen, una regione di particelle cariche e incredibilmente energetiche che avvolgono il globo. Gli scienziati sospettavano che simili meccanismi fossero i responsabili delle incredibili velocità delle particelle – pari a oltre il 99% della velocità della luce – ma ancora non sapevano che la risposta andava cercata all'interno delle fasce stesse. La scoperta è arrivata grazie ai dati delle sonde Van Allen della NASA, lanciate un anno fa.

Le sonde hanno scoperto che le particelle sono accelerate da sorgenti locali di energia, che danno una piccola spinta per accelerare le particelle. È come scoprire che gli uragani crescono da fonti di energia locali, ossia regioni di acqua più calda. Analogamente, nelle fasce di radiazione si nasconde una regione dove le particelle sono abbandonate in balia di intense onde elettromagnetiche. Conoscere i meccanismi di questo gigante acceleratore potrà aiutare gli scienziati a migliorare le previsioni del meteo spaziale e salvare in tempo satelliti altrimenti destinati ad essere spazzati via dalle radiazioni.

Di solito, i satelliti cercano di stare ben alla larga dalle fasce di radiazione. Nell'Agosto del 2012, la NASA ha fatto decollare due sonde studiate proprio per sopravvivere in quell'ambiente ostile a qualsiasi congegno computerizzato. Scoprendo che l'acceleratore è il risultato di fonti energetiche locali e non di un processo globale, le due sonde gemelle hanno risposto a un'importante domanda che da decenni assillava i ricercatori.

«Si tratta di uno dei più attesi ed emozionanti risultati dalle sonde Van Allen», spiega David Sibeck della NASA. «Va al cuore del perché abbiamo lanciato questa missione».

Le fasce di radiazione furono scoperte dal primissimo satellite statunitense, l'Explorer I, e dal suo successore Explorer III.

Quando le fasce si gonfiano, possono inghiottire e danneggiare irreparabilmente molti satelliti – come quelli GPS che devono operare tra le fasce. Studiare a fondo queste fasce può quindi aiutare gli scienziati a salvare molti satelliti preziosi, costosi e all'avanguardia.

«Fino agli anni '90, pensavamo che le fasce di Van Allen fossero tranquille e mutassero lentamente», spiega Geoff Reeves del Los Alamos National Laboratory. «Con più e più misurazioni, tuttavia, ci siamo resi conto di quanto le fasce cambino velocemente e inaspettatamente. In pratica, non sono mai in equilibrio, ma in un costante stato di cambiamento».

Questa irrequietezza delle fasce è aggravata dalla loro imprevedibilità: stimoli identici, come tempeste solari, hanno in passato gonfiato e sgonfiato le fasce, creando risultati opposti. In alcuni casi, poi, le fasce hanno completamente ignorato le tempeste.

Questi risultati molto diversi provenienti da un input apparentemente identico ogni volta indicano che le fasce sono molto più misteriose di quanto pensiamo, e che vanno perciò studiato a fondo.

Le sonde Van Allen sono state studiate per distinguere due diversi scenari che potrebbero spiegare la natura del colossale acceleratore. Secondo il primo, quello dell'accelerazione radiale, le particelle vengono trasportate perpendicolarmente al campo magnetico terrestre, da regioni magnetiche più deboli e lontane dal nostro pianeta fino a regioni più forti e interne. Le particelle acquisirebbero energia come un sasso che accelera rotolando giù da una collina a causa della forza di gravità.

Il secondo scenario prevede un'accelerazione locale, più simile al modo in cui le acque oceaniche calde danno vita agli uragani.

Il 9 Ottobre 2012, osservando un rapido aumento di elettroni ad alta energia all'interno delle fasce, le due sonde hanno raccolto preziosi dati in grado di stabilire quale dei due scenari fosse quello corretto. Se fosse stato corretto quello dell'accelerazione radiale, gli effetti misurati inizierebbero da regioni più lontane, avvicinandosi gradualmente. 

Le osservazioni, però, non mostravano nulla del genere, ma, al contrario, un aumento nell'energia proprio nel cuore delle fasce, che si estendeva gradualmente sia verso l'interno che verso l'esterno. Il secondo scenario, quindi, è quello corretto.

«In questo caso, l'accelerazione è avvenuta in circa 12 ore», continua Reeves.

«Questi risultati mostrano che l'accelerazione è avvenuta localmente», spiega Sibeck. «Ora gli scienziati che studiano le onde e i campi magnetici faranno il loro lavoro e scopriranno quale onda abbia provocato la spinta».

«Quando gli scienziati hanno progettato la missione e la strumentazione delle sonde, hanno guardato a ciò di scientifico che non sapevano e hanno detto: "questa è una grande opportunità per sbloccare un po' di conoscenze fondamentali su come le particelle vengano accelerate"», spiega Nicola J. Fox del Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory. «Con cinque set identici di strumenti a bordo delle sonde gemelle, abbiamo la migliore piattaforma mai creata per capire più a fondo questa regione critica dello spazio sopra la Terra».

Questi preziosi risultati sono un nuovo tassello da aggiungere al puzzle delle fasce di radiazioni, un puzzle a cui mancano sempre meno pezzi, ma che ci riserva ancora molti misteri.

Ti potrebbe interessare: Scoperta una terza fascia di Van Allen attorno alla Terra

© immagine

G. Reeves/M. Henderson

NASA/Goddard /Scientific Visualization Studio