Decollate quattro sonde della NASA per lo studio dell'interazione Sole-Terra

Il decollo dell'Atlas 5 con MMS. Foto NASA TV

Sono decollate pochi minuti fa le quattro sonde gemelle MMS della NASA, che rivoluzioneranno lo studio dell'interazione tra il Sole e il nostro pianeta, la Terra. La missione ha spiccato il volo alle 3:44 di stamattina, ora italiana, dalla base di lancio di Cape Canaveral, in Florida, in cima a un Atlas 5.

L'Atlas 5 è decollato sui 7,2 milioni di newton di spinta generati dal motore del primo stadio, un RD-180, e dai due razzi laterali a propellente solido. A 13 minuti e 29 secondi dal decollo, il motore RL-10A dello stadio Centaur ha completato la sua prima manovra. Attualmente il veicolo di lancio sta salendo in quota, avvicinandosi alla sua seconda e ultima accensione, prevista fra poco meno di un'ora. La manovra durerà 5 minuti e 41 secondi e sarà seguita, a meno di un quarto d'ora di distanza, dalla separazione della prima delle quattro sonde gemelle, che verranno rilasciate ogni cinque minuti su un'orbita a 7642 per 76450 chilometri di quota e a 28.77 gradi di inclinazione. La quarta e ultima sonda si separerà dal razzo a un'ora e 47 minuti dal decollo.

Un altro scatto del decollo di stamattina. Foto NASA TV

Una volta raggiunta l'orbita operativa, i quattro satelliti voleranno in formazione per mappare a tre dimensioni l'interazione tra il campo magnetico della Terra e quello del Sole. Questo fenomeno è conosciuto come riconnessione magnetica, ed è alla base dei meccanismi che regolano la nostra stella e gran parte dell'universo.

La riconnessione è propria dei fluidi elettricamente conduttori, come il plasma, che da solo compone circa il 99 percento della materia osservabile. Questo processo non è qualcosa che incontriamo ogni giorno, dato che i materiali con cui interagiamo solitamente non sono dominati da forze elettromagnetiche. Tuttavia, nel cosmo questo fenomeno è alla base di come la materia e l'energia si muovono: la riconnessione, infatti, converte l'energia dei campi magnetici in calore ed energia cinetica che può accelerare sia singole particelle che interi venti di plasma.

Studiare la riconnessione magnetica porterà a miglioramenti in moltissimi campi, dalle tecnologie di fusione nucleare alla protezione di una serie di network, tra cui il GPS, la rete elettrica e le telecomunicazioni.

Il plasma è qualcosa di ben diverso rispetto ai materiali che siamo abituati a vedere qui sulla Terra. Il plasma, considerato il quarto stato della materia, è caratterizzato dalla presenza di campi magnetici intrappolati in esso. I cambiamenti in questi campi magnetici possono portare a variazioni nel flusso delle particelle cariche del plasma, e viceversa: in sostanza, il plasma è un delicato gioco di equilibri molto difficile da comprendere e tanto meno da prevedere.

L'Atlas 5 alcune ore prima del decollo. Foto NASA/Aubrey Gemignani

In condizioni normali, le linee del campo magnetico all'interno del plasma non si rompono né si uniscono tra di loro. Tuttavia, quando si avvicinano troppo l'un l'altra, o quando incontrano campi magnetici contrari, l'intero sistema si riallinea in una nuova configurazione, rilasciando incredibili quantità di energia. Proprio per questo, gli astronomi spesso parlano di "esplosioni magnetiche" facendo riferimento alla riconnessione.

Nella prima fase della missione, le quattro sonde MMS attraverseranno una zona di riconnessione magnetica sopra l'emisfero illuminato della Terra. Qui, il campo magnetico interplanetario interagisce con quello terrestre, portando al trasferimento di particelle, momento ed energia alla magnetosfera che avvolge e custodisce il nostro pianeta. Un anno più tardi, MMS entrerà nella seconda fase della missione in cui osserverà fenomeni di riconnessione sopra l'emisfero in ombra della Terra, all'interno della coda della magnetosfera, dove le linee del campo magnetico si disconnettono.

MMS cercherà di rispondere a numerosi quesiti, tra cui: qual è il meccanismo che scatena una riconnessione? quale struttura assume questo fenomeno? come funziona la connessione e la disconnessione tra il plasma e i campi magnetici? qual è il ruolo degli elettroni nel facilitare la riconnessione? esistono turbolenze in questo processo?

Per mappare in tre dimensioni questo fenomeno, le quattro sonde formeranno un tetraedro. Le quattro MMS disteranno tra loro tra i 10 e i 100 chilometri, ma attraverseranno le zone di riconnessione per meno di un secondo.

Le singole sonde hanno una forma ottagonale di 3.5 per 1.2 metri e ruoteranno a un ritmo di una rotazione ogni 20 secondi. Ognuna è dotata di otto asticelle che verranno spiegate dopo la separazione dal veicolo di lancio: quattro cavi di 60 metri l'uno con sensori che entreranno direttamente in contatto con il plasma, due cavi da 12.5 metri che mapperanno i campi magnetici, e due cavi da 5 metri che studieranno i campi elettrici. Ogni sonda è costruita in alluminio ed è dotata di 12 propulsori, studiati sia per eseguire piccole manovre di correzione che per eseguire le ampie manovre necessarie a passare dalla prima fase alla seconda fase della missione. Ad alimentare le sonde saranno otto panelli solari che daranno energia a una batteria studiata per mantenere operativi i sistemi di bordo anche durante le eclissi, che dureranno quattro ore per orbita. Il peso di una singola sonda, carburante compreso, è di circa 1250 chilogrammi.

Usando i 25 strumenti identici a bordo di ogni singola sonda, MMS mapperà i campi magnetici ed elettrici con una risoluzione temporale senza precedenti, pari a pochi millisecondi. Queste misurazioni permetteranno alle sonde di identificare le regioni di diffusione, piccole zone larghe 1-10 chilometri con velocità di 10-100 km/s in cui avvengono i fenomeni di riconnessione.

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