Da Cluster la diretta evidenza di shock non collisionali e non stazionari
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Avvicinando due dei quattro satelliti che compongono la costellazione Cluster è stato possibile ottenere indicazioni di dettaglio sul trasferimento di energia nel bow shock terrestre


Fonte Andrew P. Dimmock et al. Direct evidence of nonstationary collisionless shocks in space plasmas, Science Advances (2019). DOI: 10.1126/sciadv.aau9926


Bow Shock. Crediti A.P.Dimmock et al.
Bow Shock. Crediti A.P.Dimmock et al.

Due dei quattro satelliti della missione Cluster fanno luce sulla natura variabile del bow shock terrestre, il guscio che fa fronte alla radiazione cosmica, rivelando come questo acceleratore di particelle trasferisca e redistribuisca energia nello spazio. I satelliti Cluster percorrono l'orbita separati di sette chilometri l'uno dall'altro e i dati ottenuti il 24 gennaio 2015, a 90 mila chilometri dalla Terra, rivelano proprietà del bow shock precedentemente mai spiegate. 
Se un flusso supersonico incontra un ostacolo viene a formarsi uno shock, il che è spesso visibile nell'universo intorno alle stelle, ai resti di supernova , alle comete e ai pianeti compreso il nostro. Gli shock sono acceleratori di particelle molto efficienti e sono potenzialmente responsabili della maggior parte delle particelle energetiche dell'universo.

Il bow shock terrestre è la prima linea di difesa dalla radiazione cosmica e un test-bed per lo studio delle dinamiche del plasma . La sua presenza è dovuta alla velocità del vento solare.
Il nuovo studio rivela i meccanismi che si innescano quando lo shock trasferisce energia da un tipo a un altro. Ci sono diverse tipologie di shock, definite dal modo con il quale queste strutture trasferiscono energia cinetica in altre tipologie di energia. Nell'atmosfera terrestre l'energia cinetica è trasformata in calore dalla collisione delle particelle ma le grandi distante nel bow shock indicano come le collisioni non possano avere lo stesso rilievo, risultando troppo distanti le une dalle altre. 
Si tratta di uno shock "collisionless" e può essere presente a diverse scale, dai millimetri agli ammassi galattici, trasferendo energia tramite onde di plasma e campi magnetici e elettrici.

Il bow shock terrestre è collisionless e non stazionario: si comporta come una onda nel mare che si avvicina alla riva, sembra crescere in dimensione quando la profondità diminuisce fino a infrangersi a causa del fatto che la cresta si muove più velocemente del resto.
La fisica del plasma è più complessa ma il fenomeno di rottura si verifica anche per le onde di plasma e proprio per indagare sull'inizio della rottura delle onde due dei satelliti Cluster sono stati avvicinati a meno di sette chilometri di distanza relativa, ottenendo dati ad alta risoluzione. 
L'analisi dei dati ha consentito la misurazione del campo magnetico ottenendo qualcosa di significativamente diverso da quanto visto fino ad allora: il campo magnetico a scala più ridotta si rivela fondamentale nel processo di rottura delle onde di plasma e quindi del trasferimento di energia.
Con la dimensione di pochi chilometri, simile alla scala alla quale gli elettroni ruotano intorno alle linee del campo magnetico, queste strutture sono disposte in una parte variabile e sottile dello shock, dove le proprietà del plasma e dei campi possono variare in modo drastico. Si parla di "shock ramp" a indicare questa zona, che può essere spessa pochi chilometri.

Grafico dei dati ottenuti da Cluster.
Grafico dei dati ottenuti da Cluster.