Quattro sonde europee risolvono un mistero della magnetosfera terrestre

Una formazione di satelliti europei potrebbe essere riuscita a far luce una volta per tutte su un mistero che si protraeva da quasi mezzo secolo, svelando la struttura di particolari onde all'interno della magnetosfera terrestre.

La magnetosfera è il risultato dell'interazione tra il vento solare - il flusso di elettroni e ioni emessi dal Sole - e il campo magnetico terrestre, che avvolge e scherma il nostro pianeta. Per comprendere a fondo la natura di questa regione magnetica, è fondamentale studiare i meccanismi che la regolano. Tra questi, uno dei più importanti è quello delle onde di plasma.

Le misurazioni effettuate da Cluster 3 e 4. Sono chiaramente visibili le 13 linee, ugualmente spaziate tra di loro.

"Conoscere le dinamiche delle onde nella magnetosfera è essenziale per capire le dinamiche degli elettroni energetici e mitigare i danni subiti dai satelliti," spiega Michael Balikhin della University of Sheffield. "Abbiamo usato la missione Cluster per studiare un particolare tipo di onde magnetosferiche dette onde magnetosferiche equatoriali (EMW). La grande qualità delle misurazioni ottenute da Cluster ci ha permesso per la prima volta di comprendere a fondo e modellare con precisione i meccanismi responsabili delle EMW."

La materia nella magnetosfera è così rarefatta da rendere estremamente improbabili le collisioni fra le singole particelle. Il trasporto di informazioni da una particella all'altra deve quindi avvenire in un altro modo, ed è qui che entrano in gioco le onde. Senza queste, le particelle della magnetosfera sarebbero praticamente isolate le une dalle altre. A grandi linee, le onde sottraggono l'energia di una particella per crescere in magnitudine e trasferire l'energia a un'altra particella.

Le EMW furono scoperte nel 1966 dal satellite OGO-3 della NASA. Il satellite osservò una serie di onde in prossimità dell'equatore geomagnetico, da cui il nome "rumore equatoriale". Più del 60 percento dei satelliti che attraversano questa regione sono in grado di rilevare queste emissioni.

Il 6 Luglio 2013, alle 20:40 e alle 20:55 ora italiana, le quattro sonde Cluster, decollate nel 2000, hanno effettuato la loro migliore misurazione delle onde. Cluster 3 e 4 erano a una sessantina di chilometri l'una dall'altra, seguite a 800 km di distanza da Cluster 1 e a 4400 km da Cluster 2.

Per la prima volta, le misurazioni hanno rivelato un elevato livello di dettaglio strutturale all'interno delle onde, oltre che una cadenza periodica. Le osservazioni condotte dai rilevatori STAFF su Cluster 3 e 4 evidenziano la presenza di 13 linee discrete. I dati ottenuti in precedenza erano solo riusciti a suggerire una possibile interazione tra le onde e i protoni, le particelle alfa e gli elettroni che popolano l'equatore geomagnetico a 18 mila chilometri dalla Terra, ma misurare le proprietà delle bande di frequenze era sempre risultato impossibile - fino a che non sono arrivate le sonde Cluster.

"Siamo riusciti a dimostrare che queste onde sono generate dalle distribuzioni ad anello dei protoni, distribuzioni in cui il numero dei protoni con velocità maggiori è più elevato di quello dei protoni con velocità minori," prosegue Balikhin. "Le linee spettrali mostrano multipli delle frequenze del moto circolare dei protoni in presenza di un campo magnetico uniforme - la cosiddetta girofrequenza protonica."

Le quattro sonde Cluster si trovano in un'orbita polare ellittica a 25520x125048 km di quota.