Questa immagine è stata scattatata con una camera ad alta velocità durante un fenomeno di riconnessione magnetica. Le linee del campo magnetico sono state rappresentate in bianco ed elaborate grazie alle misurazioni effettuate durante l’esperimento battezzato Magnetic Reconnection Experiment. Le linee orizzontali convergenti rappresentano le linee del campo magnetico prima della riconnessione, mentre quelle verticali che si muovono verso l’alto evidenziano le stesse linee a riconnessione avvenuta.
Credits: Princeton Plasma Physics Laboratory, Photo by Jongsoo Yoo
Buone notizie per chi teme l’effetto delle tempeste geomagnetiche sui dispositivi elettronici. I ricercatori del Plasma Physics Laboratory dell’Università di Priceton – che si dedica alla produzione di nuove conoscenze sulla fisica dei plasmi – hanno infatti condotto un esperimento che ha permesso di comprendere meglio quali siano gli effetti del fenomeno della riconnessione magnetica. Tale fenomeno, quando si verifica nell’ambiente terrestre in seguito all’interazione con perturbazioni di origine solare, può infatti innescare tempeste geomagnetiche, che provocano interruzioni nel funzionamento delle linee telefoniche cellulari, danneggiando i satelliti in orbita e mettendo fuori uso le linee elettriche.
Rimane ad oggi uno dei misteri della fisica dei plasmi il meccanismo per cui la riconnessione – strappando e riconnettendo in modo violento le linee di campo magnetiche del plasma – trasformi l’energia magnetica in energia cinetica delle particelle.
Sembra che gli scienziati abbiano fatto però un grande passo avanti nella sua comprensione, come descritto in un lavoro pubblicato questa settimana sulla rivista Nature Communications. I ricercatori, infatti, non solo hanno identificato il modo in cui la misteriosa trasformazione avvenga, ma anche effettuato misurazioni sperimentali della quantità di energia magnetica che si trasforma in energia delle particelle. Il tutto attraverso un esperimento battezzato Magnetic Reconnection Experiment (MRX), condotto di concerto con l’Ufficio Scientifico del Dipartimento per L’Energia degli Stati Uniti.
Lo studio ha dimostrato che la riconnessione magnetica riesce a convertire la metà dell’energia magnetica, un terzo circa della trasformazione va a scaldare gli elettroni, mentre i rimanenti due terzi accelerano gli ioni nel plasma. In corpi grandi, come ad esempio il Sole, ciò significa che la quantità di energia che scaturisce dalla trasformazione equivale all’enorme potenza di milioni di tonnellate di TNT.
Masaki Yamada, a capo del team di ricerca e primo firmatario dello studio pubblicato, asserisce che questo risultato rappresenta una pietra miliare nella ricerca sulla riconnessione magnetica: “Ci è ora possibile visualizzare l’intera immagine della quantità di energia che viene trasferita agli elettroni e di quella che invece viene trasferita agli ioni in uno tipico strato di riconnessione”.
I risultati danno anche indicazioni in merito al processo attraverso il quale la riconversione di energia avvenga: in una prima fase essa accelera ed energizza gli elettroni, creando un campo elettricamente carico, che diventa poi la fonte di energia primaria per gli ioni.
I risultati dello studio, se confermati dai dati raccolti nel corso delle missioni spaziali, potrebbero aiutarci nella comprensione del fenomeno su cui da decenni gli scienziati si interrogano, con ricadute pratiche da cui sarebbe possibile addirittura trarre vantaggio. Tra queste una maggiore comprensione delle tempeste geomagetiche, con la possibilità quindi di conoscere con anticipo il loro manifestarsi, oltre a migliorare la capacità di superarle. I ricercatori, se allertati per tempo, potrebbero infatti spegnere gli strumenti più sensibili a bordo dei satelliti per le comunicazioni, proteggendoli dai danneggiamenti che ne derivano.
I ricercatori del PPPL attendono con ansia il lancio di una missione NASA prevista per il prossimo anni, che prevede la messa in orbita di quattro satelliti per studiare il fenomeno della riconnessione nella magnetosfera, il campo magnetico che circonda il pianeta Terra. Il team di ricerca pensa infatti di collaborare alla nuova avventura spaziale, che è stata battezzata la Magnetospheric Multiscale Mission (MMS), fornendola del Magnetic Reconnection Experiment (MRX). I dati raccolti dalla missione saranno fondamentali per confermare i risultati degli esperimenti condotti in laboratorio.