lunedì 30 dicembre 2013

Spazio: cinture di radiazione della Terra, risolto mistero di Van Allen


Una nuova ricerca pubblicata sulla rivista Nature risolve decenni di controversia scientifica sull'origine delle particelle estremamente energetiche conosciute come gli elettroni ultra-relativistici in un ambiente vicino allo spazio dell'atmosfera terrestre (le fasce di Van Allen) e rischia di influenzare la nostra comprensione della magnetosfera planetaria in tutto l'universo. Le cinture di radiazione di Van Allen sono stati scoperti nell'atmosfera superiore della Terra nel 1958 da un team guidato dallo scienziato spaziale James Van Allen.

Alla scoperta dei processi che controllano la formazione e la perdita definitiva di questi elettroni nelle fasce di radiazione di Van Allen - gli anelli di particelle altamente cariche che circondano la Terra a una distanza di circa 1.000 a 50.000 chilometri sopra la superficie del pianeta - è un obiettivo scientifico primario della recente missione Van Allen Probes della NASA.

La comprensione di questi meccanismi ha importanti applicazioni pratiche, perché le enormi quantità di radiazioni intrappolate all'interno delle cinture possono rappresentare un rischio significativo per satelliti e veicoli spaziali, come pure gli astronauti che svolgono attività al di fuori di un veicolo spaziale. I Van Allen Probes aiutano gli scienziati a capire questa regione e a progettare meglio navicelle che possono sopravvivere ai rigori dello spazio.


Gli elettroni ultra-relativistici nella fascia di radiazione esterna della Terra possono esibire variabilità pronunciata in risposta all'attività sul Sole e le variazioni del vento solare, ma il meccanismo fisico dominante responsabile dell'accelerazione degli elettroni della cintura di radiazione è rimasta irrisolta per decenni. Due candidati principali per questa accelerazione sono stati il "Trasporto attivo radiale diffusivo" e l'"Accelerazione stocastica locale" di onde di plasma a frequenza molto bassa.

Nella ricerca pubblicata il 19 dicembre su Nature, l'autore principale Richard Thorne, un insigne professore di scienze atmosferiche e oceaniche del Collegio UCLA di Lettere e Scienze, e i suoi colleghi riferiscono sulle misure satellitari ad alta risoluzione degli elettroni ad alta energia durante una tempesta geomagnetica avvenuta il 9 ottobre 2012, che hanno modellato numericamente utilizzando un dynamic global wave mode basato sui dati di nuova concezione.


La loro analisi rivela che lo scattering da intense onde radio a bassissima frequenza naturale conosciuto come "chorus" nell'atmosfera superiore della Terra è principalmente responsabile dell'osservato elettrone relativistico costruito.  Il "chorus" è un fenomeno elettromagnetico causato dalle onde di plasma in fasce di radiazione della Terra. Il suono di queste onde è percepibile dall'orecchio umano, come ha dimostrato poco più di un anno fa un gruppo di ricercatori dell’Università dell'Iowa.


Per anni, i radioamatori sulla Terra lo hanno ascoltato da lontano. La modellazione dettagliata del team, insieme con le precedenti osservazioni di picchi nella fase di densità elettronica spaziale segnalato all'inizio di quest'anno da Geoff Reeves e colleghi sulla rivista Science, dimostra la notevole efficienza di accelerazione dell'onda naturale in un ambiente vicino lo spazio della Terra e dimostra che la diffusione radiale non era responsabile dell'accelerazione osservata durante questa tempesta, ha detto Thorne.

I co-autori della nuova ricerca includono Qianli Ma, uno studente laureato che lavora nel laboratorio di Thorne, Wen Li, Binbin Ni e Giacobbe Bortnik, i ricercatori nel laboratorio di Thorne, e membri delle squadre scientifiche sulle Van Allen Probes, tra cui Harlan Spence dell'Università del New Hampshire (ricercatore principale per RBSP-ECT) e Craig Kletzing dell'University of Iowa (ricercatore principale per EMFISIS).

Il processo d'onda di gravità locale è un "processo fisico universale" e dovrebbe anche essere efficace nella magnetosfera di Giove, Saturno e altri ambienti di plasma magnetizzato nel cosmo, ha detto Thorne. I nuovi risultati dell'analisi dettagliata della Terra influenzeranno la futura modellazione di altre magnetosfere planetarie. La nuova ricerca è stata finanziata dalla NASA, che ha lanciato le sonde gemelle di Van Allen nell'estate del 2012. Costruite per resistere al bombardamento costante di particelle e radiazioni, sperimentano in questa intensa zona di spazio.






Via: UCLA
Foto credit 1: NASA
Foto credit 2: NASAVan Allen ProbesGoddard Space Flight Center

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