La canzone della cometa di Rosetta non ha più segreti

Alla fine dell'anno scorso, poco prima dell'atterraggio di Philae, la sonda europea Rosetta aveva registrato delle misteriose oscillazioni nel campo magnetico attorno alla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Convertite in suoni, le oscillazioni producevano una sorprendente melodia (per ascoltarla, basta cliccare sul lettore multimediale qui sopra). Ora, gli scienziati potrebbero essere riusciti a decifrare la misteriosa canzone e a comprendere una volta per tutte la natura di quelle enigmatiche oscillazioni.

Nonostante il nucleo della cometa non sia in grado di per sé di generare un proprio campo magnetico, Rosetta ha scoperto che la chioma, l'atmosfera della cometa, è magnetizzata dall'interazione con il vento solare, il flusso di plasma - particelle elettricamente cariche - e campi magnetici proveniente dal Sole. Come risultato di questa complessa interazione, la cometa ha sviluppato una propria magnetosfera indotta.

L'apparato di strumenti RPC a bordo della sonda aveva incominciato a rilevare fluttuazioni all'interno di questo campo magnetico già ad Agosto dell'anno scorso. Nel giro di quattro mesi, fino a Novembre, il magnetometro di RPC ha rilevato circa 3000 eventi di questo tipo a frequenze di circa 40 millihertz.

"È fantastico perché è qualcosa di completamente nuovo," aveva spiegato Karl-Heinz Glassmeier della Technische Universität Braunschweig poco dopo l'annuncio della scoperta. "Non credevamo fosse possibile e stiamo ancora cercando di capire i fenomeni fisici all'opera."

Era la prima volta che onde simili venivano rilevate in prossimità del nucleo di una cometa. Misurazioni precedenti effettuate dalle sonde ICE e Sakigake sui nuclei delle comete 27P/Giacobini-Zinner e 1P/Halley avevano portato alla luce onde a frequenze dieci volte inferiori rispetto a quelle rilevate da Rosetta.

Al momento delle misurazioni di Rosetta, la cometa era ancora molto distante dal Sole - dai 540 ai 400 milioni di chilometri. Di conseguenza, le attività erano ancora molto contenute, tanto che la magnetosfera si era formata solo di recente.

Già da subito gli scienziati sospettavano che l'attività cometaria, seppur ancora ai livelli minimi, fosse responsabile delle oscillazioni e quindi della melodia ascoltata da Rosetta. Ora, dopo mesi di studio, conosciamo finalmente i dettagli di questo fenomeno: la radiazione ultravioletta proveniente dal Sole provoca la ionizzazione delle particelle neutre rilasciate dal nucleo, tra cui le molecole d'acqua; i nuovi ioni si muovono in maniera perpendicolare rispetto alle linee del campo magnetico, formando una corrente elettrica instabile che crea le melodiose oscillazioni.

"Pensate alla vostra pompa da giardino. Se aprite il flusso d'acqua, c'è la possibilità che la pompa inizi ad oscillare, generando onde," spiega Glassmeier. "Più o meno, è ciò che accade nel plasma. Ovviamente, al posto dell'acqua c'è un flusso di particelle cariche. Ma, in qualche modo, il paragone regge."

Glassmeier offre anche una spiegazione più dettagliata. "Dato che la densità delle particelle nel campo magnetico è molto bassa, lo spazio interplanetario è quasi un ambiente vuoto. Non ci sarebbero collisioni tra le particelle del vento solare e gli ioni cometari se non fosse per le onde del plasma, che giocano un ruolo fondamentale. Se la regione di interazione tra la cometa e il vento solare è molto più vasta del raggio di girazione medio [il raggio del moto circolare degli ioni cometari in assenza di un campo magnetico uniforme], come nel caso della cometa di Halley, gli ioni cometari danno vita a una distribuzione molto instabile che produce le classiche onde cometarie. Queste onde sono in grado di disperdere gli ioni cometari mentre le fluttuazioni nel campo elettrico delle onde impattano il moto degli ioni. In questo modo, le onde di plasma uniscono le particelle del vento solare agli ioni cometari, comportandosi come una sorta di mediatore tra i due. Vista nel sistema di riferimento della sonda, la frequenza di queste onde è molto simile alla girofrequenza locale degli ioni cometari [la loro frequenza angolare, o pulsazione]. La situazione che abbiamo osservato su 67P/C-G nei primi mesi è molto diversa: la regione di interazione è più piccola a causa delle deboli attività del nucleo, tanto da essere addirittura inferiore al raggio di girazione degli ioni cometari. Mi piace chiamarla sfera di Larmor [il raggio di girazione è detto anche raggio di Larmor]. All'interno di questa sfera, i nuovi ioni non sono ancora stati in grado di completare un moto attorno al campo magnetico e costituiscono una corrente elettrica perpendicolare sia al flusso del vento solare che al campo magnetico. Questa corrente è molto diversa da qualunque distribuzione osservata in presenza di una vasta regione interazione come nelle comete Halley e Giacobini-Zinner. Nel nostro modello, queste correnti sono il primissimo effetto di questi nuovi ioni sull'ambiente di plasma. Solo successivamente, i nuovi ioni formano le distribuzioni di particelle osservate in passato. Questa è la differenza fondamentale: nel primo caso, la distribuzione instabile si muove con il vento solare, mentre nel secondo caso la corrente è quasi fissa rispetto al nucleo."

Il prossimo passo ora sarà analizzare i nuovi dati raccolti dal magnetometro per comprendere l'evoluzione di questa attività. Nel frattempo, il nucleo della cometa ha continuato ad avvicinarsi al Sole, doppiando il suo perielio meno di una settimana fa (clicca qui per i dettagli).

Secondo Glassmeier, le misurazioni sono proseguite pressoché invariate fino a Febbraio di quest'anno, quando Rosetta distava 350 milioni di chilometri dalla nostra stella. "Da lì in poi, le attività hanno iniziato a cambiare, nuovi dettagli sono comparsi, l'interazione del plasma si è fatta più violenta. Le onde sono ancora presenti, ma sono sepolte sotto una gamma di nuove strutture che stiamo ancora cercando ci comprendere. Non possiamo ancora dire se stiamo iniziando ad osservare la classica tipologia di onde cometarie, come quelle osservate su Halley, o altro."