Le misteriose dinamiche delle perle aurorali


Le misteriose dinamiche delle perle aurorali

Nuove osservazioni hanno fornito la prima grande prova degli eventi nello spazio che hanno portato alla comparsa delle perle aurorali dimostrando il loro importante ruolo che svolgono nel nostro vicino ambiente spaziale.

Un tipo speciale di aurora, osservata da est a ovest attraverso il cielo notturno come una collana di perle scintillanti, sta aiutando gli scienziati a comprendere meglio la scienza delle aurore e dei loro potenti driver nello spazio. Conosciute come perle aurorali, queste luci spesso si manifestano appena prima di grandi schermi aurorali, che sono causati da tempeste elettriche nello spazio chiamate substorms. In precedenza, gli scienziati non erano sicuri se le sfere aurorali fossero in qualche modo collegate ad altre visualizzazioni aurorali come un fenomeno nello spazio che precede le substorms, o se fossero causate da disturbi più vicini all'atmosfera terrestre.

«Ora sappiamo per certo che la formazione di queste perle fa parte di un processo che precede l'attivazione di una tempesta secondaria nello spazio», ha detto il dottor Vassilis Angelopoulos, (1) ricercatore principale di THEMIS presso l'Università della California, a Los Angeles. «Questo è un nuovo importante pezzo del puzzle».

Fornendo un'immagine più ampia di quella che può essere vista con le tre astronavi THEMIS o le sole osservazioni al suolo, i nuovi modelli hanno dimostrato che le sfere aurorali sono causate dalla turbolenza nel plasma, un quarto stato della materia, costituito da particelle cariche gassose e altamente conduttive. - Terra circostante. I risultati, recentemente pubblicati sulle riviste Geophysical Research Letters (2) e Journal of Geophysical Research: Space Physics, aiuteranno infine gli scienziati a comprendere meglio l'intera gamma di strutture vorticose viste nelle aurore.

«Le osservazioni di THEMIS hanno ora rivelato turbolenze nello spazio che causano flussi visti illuminare il cielo come singole perle nella collana aurorale luminosa», ha affermato il dottor Evgeny Panov, autore principale di uno dei nuovi documenti e scienziato THEMIS presso l'Istituto di ricerca spaziale del Accademia austriaca delle scienze. «Queste turbolenze nello spazio sono inizialmente causate da elettroni più leggeri e più agili, che si muovono con il peso delle particelle 2000 volte più pesanti, e che teoricamente possono svilupparsi in substorms aurorali su vasta scala».

Misteriose formazioni di palline luminose nell'aurora

Le aurore vengono create quando le particelle cariche del Sole sono intrappolate nell'ambiente magnetico terrestre - la magnetosfera - e vengono incanalate nell'atmosfera superiore della Terra, dove le collisioni fanno brillare gli atomi e le molecole di idrogeno, ossigeno e azoto. Modellando l'ambiente vicino alla Terra su scale da decine di miglia a 1,2 milioni di chilometri, gli scienziati di THEMIS sono stati in grado di mostrare i dettagli di come si formano le sfere aurorali.

L'interazione delle nuvole di plasma, eruttate dal Sole attraversano la Terra, con il campo magnetico terrestre crea bolle di plasma galleggianti dietro la Terra. Gli squilibri nella galleggiabilità tra le bolle e il plasma più pesante nella magnetosfera creano strisce di plasma larghe 2.500 miglia che si estendono verso la Terra. Le firme di queste strisce creano la distinta struttura a forma di perlina nell'aurora.

«C'è stata una consapevolezza che, tutto sommato, questi eventi transitori relativamente piccoli, che accadono intorno alla magnetosfera, sono in qualche modo importanti», ha detto il dottor David Sibeck, (3) scienziato del progetto THEMIS presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. «Siamo solo recentemente arrivati al punto in cui la potenza di calcolo è abbastanza buona per catturare la fisica di base in questi sistemi».

Ora che gli scienziati capiscono che le sfere aurorali precedono le substorms, vogliono capire come, perché e quando le sfere potrebbero innescare una substorm in piena regola. Almeno in teoria, le strisce possono aggrovigliare le linee del campo magnetico e causare un evento esplosivo noto come riconnessione magnetica, che è ben noto per creare substorms e aurore su larga scala che riempiono il cielo notturno.

Nuovi modelli offrono nuove teorie

Dal suo lancio nel 2007, THEMIS ha effettuato misurazioni dettagliate, mentre attraversava la magnetosfera, per comprendere le cause delle tempeste elettriche nello spazio chiamate substorms, che portano alle aurore. Nella sua missione principale, THEMIS ha dimostrato che la riconnessione magnetica è un motore primario delle substorms. I nuovi risultati evidenziano l'importanza delle strutture e dei fenomeni su scala più piccola: quelle centinaia e migliaia di chilometri di diametro rispetto a quelle che si estendono su milioni di chilometri.

«Per comprendere queste caratteristiche nell'aurora, è davvero necessario risolvere scale globali e locali più piccole. Ecco perché è stato così impegnativo fino ad ora», ha affermato il dottor Slava Merkin, (4) coautore di uno dei nuovi articoli e scienziato presso il Center for Geospace Storms della NASA con sede presso il laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University di Laurel, nel Maryland. «Richiede algoritmi molto sofisticati e supercomputer molto grandi».

Le nuove simulazioni al computer corrispondono quasi perfettamente a THEMIS e alle osservazioni a terra. Dopo il successo iniziale dei nuovi modelli di computer, gli scienziati di THEMIS sono ansiosi di applicarli ad altri fenomeni aurorali inspiegabili. Soprattutto per spiegare le strutture su piccola scala, i modelli al computer sono essenziali in quanto possono aiutare a interpretare ciò che accade tra gli spazi in cui passano le tre navicelle THEMIS.

«Ci sono molte strutture molto dinamiche e su scala molto piccola che le persone vedono nelle aurore che sono difficili da collegare all'immagine più ampia nello spazio poiché si verificano molto rapidamente e su scale molto piccole», ha detto il dottor Kareem Sorathia, autore principale di uno dei i nuovi documenti e scienziato presso il Center for Geospace Storms della NASA con sede presso il Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. «Ora che possiamo utilizzare modelli globali per caratterizzarli e studiarli, questo apre molte nuove porte».

Riferimenti:

(1) Vassilis Angelopoulos

(2) Ballooning‐Interchange Instability in the Near‐Earth Plasma Sheet and Auroral Beads: Global Magnetospheric Modeling at the Limit of the MHD Approximation

(3) David Sibeck

(4) Slava Merkin

Descrizione foto: Perline aurorali viste dalla Stazione Spaziale Internazionale, 17 settembre 2011 (ID frame: ISS029-E-6012). - Credit: NASA.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Aurora mysteries unlocked with NASA's THEMIS mission

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