Nella sua seconda fase operativa, la missione Magnetospheric Multiscale della Nasa (Mms) sta osservando la riconnessione magnetica in azione dietro alla Terra (rispetto al Sole) come mostrato in questa animazione dalle intricate linee di campo magnetico blu e rosso. Crediti: Patricia Reiff / Nasa Goddard / Joy Ng.
In alto in alto, sopra alle nostre teste, potrebbe sembrare che tutto sia calmo ma invece non sempre è così. A volte, lo spazio vicino alla Terra diventa teatro di uno spettacolo formidabile, che si verifica quando le particelle del plasma e l’energia magnetica che circonda la Terra generano singole potenti esplosioni, della durata di una frazione di secondo, capaci di far schizzare via milioni di elettroni a velocità supersoniche. Alcuni volano nello spazio mentre altri vengono incanalati lungo le linee di forza del campo magnetico dell’atmosfera terrestre, dove generano bellissime aurore.
Alcuni ricercatori dell’Università del New Hampshire sono stati in grado di catturare uno di questi eventi estremamente difficili da vedere, che ha comportato una riconnessione magnetica, il processo fisico tramite il quale la topologia magnetica (ossia la conformazione e le caratteristiche del campo magnetico) si modifica e l’energia magnetica viene convertita in energia cinetica delle particelle del plasma. In questo caso, le particelle si sono scontrate, producendo una rapida ma potente esplosione avvenuta nella coda della magnetosfera l’11 luglio 2017.
La riconnessione magnetica per molto tempo è rimasta un mistero per gli scienziati: sanno che esiste e hanno documentato gli effetti che queste esplosioni di energia possono avere (aurore e problemi sulle reti elettriche nel caso in cui gli eventi siano estremamente forti) ma non hanno mai compreso completamente i dettagli del processo. Ora, in uno studio pubblicato sulla rivista Science, i ricercatori dell’Unh presentano in maniera dettagliata come questo processo di conversione dell’energia sia avvenuto nella coda della magnetosfera terrestre.
Dietro la Terra, lontano dalla Luna, la riconnessione magnetica avviene simmetricamente. Questa simulazione mostra le particelle che si allontanano dal sito di riconnessione nello stesso modo, in entrambe le direzioni, confinate dalle linee del campo magnetico indicato in rosso. Crediti: Michael Hesse / Nasa Goddard / Joy Ng
«Si è trattato di un evento straordinario», dice Roy Torbert dello Space Science Center dell’Unh e vice PI della missione Mms. «Sappiamo da tempo che la riconnessione si verifica in due diversi tipi di regimi: asimmetrici e simmetrici. Questa è la prima volta che vediamo un processo simmetrico».
La riconnessione magnetica si verifica ogni giorno intorno alla Terra a causa delle linee del campo magnetico che si torcono e riconnettono. Si verifica in modi diversi, in luoghi diversi e con effetti diversi. Le particelle di gas altamente ionizzato (plasma) possono essere trasformate e causare una singola potente esplosione, che dura solo una frazione di secondo, che può portare a forti correnti di elettroni che schizzano via a velocità supersoniche.
Sopra alla Terra, nel lato rivolto verso il Sole, la riconnessione magnetica è asimmetrica. In questa simulazione, le particelle si vedono principalmente spostarsi verso l’alto, lontano dal sito di riconnessione lungo le linee di campo magnetico nero. Crediti: Paul Cassak / Nasa Goddard / Joy Ng
Nella coda della magnetosfera (chiamata magnetocoda), per esempio, il processo può portare alla formazione delle aurore in prossimità della Terra. L’evento osservato da Mms si è verificato proprio in questa regione e le particelle sono schizzate via simmetricamente, a differenza di come avviene sul lato della Terra rivolto verso il Sole. Davanti, il vento solare preme sul campo magnetico terrestre e, a causa delle diverse densità, la riconnessione magnetica avviene in modo asimmetrico. Sul retro, invece, nella magnetocoda, l’esplosione deriva da un intreccio di due insiemi di linee di campo pressoché parallele, aventi simile intensità, e pertanto le particelle vengono accelerate quasi allo stesso modo in entrambe le direzioni. La risoluzione di Mms è stata sufficiente a rivelare le differenze di questo evento rispetto ad altri avvenuti in regimi asimmetrici nella magnetopausa, nella parte più vicina al Sole.
«Tutto ciò è importante perché più conosciamo e comprendiamo queste riconnessioni», spiega Torbert, «più siamo in grado di prepararci a eventi estremi che si possono verificare in seguito a riconnessioni attorno alla Terra o in qualsiasi altra parte dell’universo».
La riconnessione magnetica avviene anche sul Sole e in tutto l’Universo. In tutti i casi è in grado di far schizzare via particelle ad altissima velocità e guidare gran parte del cambiamento che vediamo negli ambienti spaziali dinamici. Capire come si verifica intorno alla Terra ci aiuta anche a capire come avviene in altri luoghi dell’Universo che non possono essere raggiunti da veicoli spaziali. Meglio comprendiamo i diversi tipi di riconnessione magnetica intorno alla Terra, meglio riusciremo a comprendere come simili esplosioni potrebbero apparire altrove.
In questo contesto, la missione Mms della Nasa sta scrivendo la storia, trovandosi proprio in mezzo a eventi di riconnessione magnetica vicino alla Terra. Il primo evento asimmetrico è stato segnalato il 16 ottobre 2015 e ora l’evento simmetrico l’11 luglio 2017. Nonostante i quattro satelliti si siano ritrovati all’interno degli eventi solo per alcuni secondi, gli strumenti che i ricercatori dell’Unh hanno contribuito a sviluppare sono stati in grado di raccogliere dati a una velocità senza precedenti, cento volte superiore alla velocità mai raggiunta. Di conseguenza, per la prima volta, gli scienziati hanno potuto monitorare il modo in cui i campi magnetici sono cambiati, nuovi campi elettrici si sono formati, e le velocità e le direzioni delle varie particelle cariche coinvolte in questo spettacolare evento.
Per saperne di più:
- Leggi su Science l’articolo “Electron-scale dynamics of the diffusion region during symmetric magnetic reconnection in space” di R.B. Torbert et al.