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Van Allen: chi accelera gli elettroni?

Rappresentazione artistica delle fasce di Van Allen

Le Fasce di Val Allen sono due cinture ionizzate che circondano la Terra, oggetto di studio di una coppia di sonde gemelle chiamate Van Allen Probes. Le due fasce sono ben diverse: quella più interna sembra stabile mentre la seconda cambia in composizione, dimensione e forma, con particelle che accelerano fino a velocità prossime a quella della luce. Motivo dell'accelerazione? Non si sa. 

I dati delle sonde però possono indirizzare alla soluzione, scoprendo due meccanismi: il primo fornisce la prima spinta, il secondo invece (chiamato Whistler, una sorta di onda elettromagnetica) pensa alla successiva accelerazione. La comprensione dei meccanismi è fondamentale a livello teorico, visto che si presume che fenomeni simili accadano intorno al Sole e agli altri pianeti, ma anche a livello pratico visto che le sonde intorno alla Terra mal si accompagnano alle particelle ionizzate, che possono danneggiarle. 

Lo studio è pubblicato su Physical Review Letters del 15 luglio ed è a firma di Forrest Mozer dell'Università della California

Due teorie, l'un contro l'altra armate: le particelle provengono dall'esterno oppure vengono accelerate in loco. Le due sonde Probes sembrano spingere per l'ultima teoria. Non solo: una volta raggiunta l'energia di 100 keV sembra che le particelle si muovano in sincronia con gigantesche onde elettromagnetiche in grado di accelerarle in modo ancora maggiore. 

L'accelerazione iniziale sembra provenire dalle strutture del dominio tempo, già identificate nelle fasce: si tratta di pulsazioni di breve durata o di campi elettrici che corrono in parallelo ai campi magnetici che pervadono la radiazione delle fasce. Le linee del campo magnetico guidano il movimento di tutte le particelle cariche delle Fasce. In queste prime fasi, le pulsazioni elettriche spingono le particelle in direzione parallela alle linee del campo magnetico, il che incrementa le energie.

Rappresentazione delle Van Allen Belts. Credit Tony Phillips/NASA

Rappresentazione delle Van Allen Belts. Credit Tony Phillips/NASA

E' la prima volta che è possibile spiegare la modalità di accelerazione delle particelle e una conferma all'importanza delle onde viene a Novembre 2017, in un articolo apparso su Geophysical Review Letters a opera della University of Minnesota. La combinazione dei dati presi il 20 gennaio 2016 da una delle Van Allen Probes e da FIREBIRD II, che viaggia 310 miglia sopra la superficie terrestre, ha infatti portato a una maggior valorizzazione del ruolo delle onde e della conseguente perdita impulsiva di elettroni a alta energia verso l'atmosfera terrestre. 

Uno dei maggiori dubbi riguardanti le Fasce di Van Allen riguarda la presenza, e l'origine, di particelle ad alta energia presenti nella cintura interna: secondo i dati di un CubeSat chiamato Colorado Student Space Weather Experiment (Csswe) gestito da studenti del Colorado, l'origine di queste particelle risiede nei raggi cosmici generati da esplosioni di supernovae. 
Durante un particolare processo di decadimento di neutroni (Crand: Cosmic Ray Albedo Neutron Decay) i raggi cosmici vanno a cozzare contro atomi neutri originando una collisione in grado di produrre particelle cariche, tra le quali elettroni che restano intrappolati nel campo magnetico terrestre. La piccola missione è stata lanciata nel 2012 e viene controllata da una stazione posta sul tetto del campus.
 


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