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Vortici turbolenti riscaldano il vento solare, la conferma dalle sonde ESA Cluster



ESA Cluster - turbolenze nel vento solare

Background graphic: ESA/ATG Medialab - Inset: NASA/J. Dorelli

Il vento solare, il flusso continuo di particelle elettricamente cariche e campi magnetici emessi dalla nostra stella, da tempo rappresenta un enigma per gli scienziati perché è più caldo di quanto dovrebbe essere e mantiene il proprio calore fino alle regioni più remote del nostro Sistema Solare.

Ora, un nuovo studio basato sui dati ottenuti dai quattro satelliti Cluster dell'Agenzia Spaziale Europea ESA può contribuire a spiegare il mistero, avvalorando ipotesi e ricerche.

Il vento solare è una tempesta di plasma non-stop, principalmente protoni ed elettroni, che ha origine nell'alta atmosfera della nostra stella, generato dall'espansione della corona solare. Si propaga in tutte le direzioni ad una velocità media di circa 250 chilometri al secondo. Il deflusso è così energico da trascinare con sé il campo magnetico del Sole.
Il vento solare viaggia attraverso l'intero Sistema Solare, fino a raggiungere il confine con lo spazio interstellare. Il plasma si raffredda quando si espande durante il suo viaggio di andata. Tuttavia, il calore conservato è decisamente superiore alle aspettative e a quanto si potrebbe prevedere per in un flusso costante e regolare di particelle solari. La densità infatti è così bassa che le particelle non possono ricevere calore extra dal metodo più comune osservato sulla Terra: le collisioni.

Era già stato ipotizzato che le elevate temperature e l'irregolarità del flusso di particelle cariche e campi magnetici nel plasma creassero turbolenze che, a loro volta, possono dissipare ed aggiungere calore all'ambiente circostante.

Le turbolenze sono in generale fenomeni molto complessi, basta pensare all'acqua che scorre da un rubinetto: nel vento solare si suppone che abbiano un ruolo chiave nel mantenere il suo calore fino alle zone più remote del nostro Sistema Solare.

Due dei quattro satelliti Cluster hanno effettuato osservazioni separate e dettagliate, in direzione del flusso di plasma, sulle turbolenze che avvengono all'interno del vento solare, ad una distanza l'una dall'altra di soli 20 chilometri.
Sono state riprese una serie di immagini ad alta risoluzione temporale, 450 misurazioni al secondo, ottenute da due dei quattro satelliti Cluster (c2 e c4) il 10 gennaio 2004. Altri dati sono stati ottenuti da un solo Cluster (c2) il 19 marzo 2006.
Questi valori sono stati poi confrontati con le simulazioni al computer.
Lo studio ha confermato l'esistenza di linee di corrente elettrica sottili al confine delle turbolenze.

"Questo dimostra per la prima volta che il plasma del vento solare è estremamente strutturato a questa risoluzione", spiega Silvia Perri dell'Università della Calabria, autore dell'articolo che riporta il risultato.

"Per la prima volta siamo stati in grado di ottenere la prova diretta dell'esistenza di linee di corrente ad una scala molto ridotta, dove si ritiene che si verifichi la dissipazione di energia magnetica in calore " ha detto Melvyn Goldstein, scienziato del progetto per il Cluster del NASA Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland Goldstein, co-autore di un articolo pubblicato il 9 novembre 2012 sul numero di Physical Review Letters.

I satelliti Cluster avevano già rilevato in precedenza, piani di corrente attivi ma su scale più ampie: precisamente, nella regione in cui la magnetosfera terrestre si scontra con il vento solare, zona in cui avviene il cosiddetto processo di "riconnessione magnetica", ossia dove le linee di campo dirette in direzioni opposte, si interrompono spontaneamente e ristabiliscono il contatto con altre linee di campo nelle vicinanze, liberando in tal modo energia.

Fornendo le prime osservazioni di queste linee sottili di corrente, i dati Cluster aiutano a confermare il ruolo fondamentale delle turbolenze: l'energia viene tolta al campo magnetico e aggiunta ai suoi dintorni come calore.

Questre linee sono più o meno bidimensionali. Esse possono anche trovarsi nei punti in cui avviene la riconnessione magnetica, con conseguente trasferimento di energia.

Tuttavia, per ulteriori dettagli bisognerà attendere il lancio nel 2014 del NASA Magnetospheric Multiscale (MMS), una missione che si concentrerà sulla riconnessione nella magnetosfera.

"Durante l'osservazione del 2004, i veicoli spaziali erano così vicini che hanno osservato quasi simultaneamente la stessa struttura del vento solare. I dati del campo magnetico hanno mostrato la firma tipica di una corrente elettrica che lo attraversa", dice Silvia Perri.
In quel momento, il vento solare viaggiava a circa 350 chilometri al secondo. L'evento "linee di corrente" è durato solo 0,07 secondi per entrambi i satelliti e ciò corrisponde ad una dimensione spaziale di circa 40 chilometri. "E 'chiaro che stiamo assistendo a un rilascio di energia su scala ridotta che però può contribuire al riscaldamento globale del vento solare."


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