Il canto di Chury

Lo scorso anno, il Rosetta Plasma Consortium ( RPC) aveva inaspettatamente ascoltato dei "suoni" prodotti dal campo magnetico attorno alla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Ora, un articolo pubblicato sulla rivista Annales Geophysicae, in occasione dell' European Geosciences Union 2015, svela ulteriori dettagli del "canto di Chury".

Observation of a new type of low-frequency waves at comet 67P/Churyumov-Gerasimenko [abstract]

We report on magnetic field measurements made in the innermost coma of 67P/Churyumov-Gerasimenko in its low-activity state. Quasi-coherent, large-amplitude (δ B/B ~ 1), compressional magnetic field oscillations at ~ 40 mHz dominate the immediate plasma environment of the nucleus. This differs from previously studied cometary interaction regions where waves at the cometary ion gyro-frequencies are the main feature. Thus classical pickup-ion-driven instabilities are unable to explain the observations. We propose a cross-field current instability associated with newborn cometary ion currents as a possible source mechanism.

La musica era stata ascoltata distintamente dal magnetometro RPC-Mag, uno dei cinque strumenti della suite RPC, nel mese di agosto 2014, quando Rosetta orbitava a circa 100 chilometri dal nucleo. Le oscillazioni a bassa frequenza del campo magnetico di Chury generavano suoi tra i 40 e i 50 milliHertz, molto al di sotto delle capacità dell'orecchio umano, accelerate nel file condiviso qui sotto di un fattore 10.000 per renderle udibili.

L'ambiente in cui si muove 67P è permeato dal vento solare, un flusso continuo elettricamente carico (chiamato plasma) e linee di campo magnetico provenienti dal Sole che interagiscono con l'atmosfera di gas e polveri della cometa. La magnetosfera cometaria indotta, osservata dallo Ion Composition Analyser ( ICA) sempre del pacchetto RPC, è una delle conseguenze di questa influenza reciproca. In altre parole, anche se 67P non ha un campo magnetico proprio, la sua chioma, se abbastanza densa, viene magnetizzata a causa delle radiazioni ultraviolette del Sole e delle collisioni con il vento solare.

RPC-Mag ha iniziato a rilevare le fluttuazioni del campo magnetico cometario a partire dal 6 agosto 2014, quando Rosetta aveva raggiunto il suo target, dopo oltre dieci anni di viaggio. Per quattro mesi, fino al novembre 2014, il team ha registrato circa 3.000 casi di attività delle onde con frequenze sui 40 milliHertz.

"Questo è emozionante perché è completamente nuovo per noi. Non ce lo aspettavamo e stiamo ancora lavorando per comprendere la fisica e ciò che sta accadendo", aveva dichiarato in quell'occasione Karl-Heinz Glassmeier, scienziato di punta RPC.

D'altra parte, Rosetta è stata l'unica sonda in grado di osservare una cometa per un lungo periodo, studiandone l'evoluzione fin da quando era ancora molto lontano dal Sole e la magnetosfera indotta si stava appena formando. La "musica" emessa da 67P, infatti, è molto diversa da quella "classica" già registrata in comete prossime al perielio.

Nella fisica della cometa, le onde di plasma giocano un ruolo importante insieme agli ioni cometari ed al vento solare.
La densità delle particelle nel vento solare è piuttosto bassa tanto che le collisioni tra il vento solare e gli ioni cometari sono rare e questi ultimi rimangono relativamente liberi di muoversi indisturbati. Tuttavia, se la regione di interazione tra i due è ampia, si forma una sorta di anello di ioni. Tali configurazioni sono fortemente instabili e caratterizzate da onde d'urto () e fluttuazioni di campo elettrico dovute agli impatti. Le onde di plasma che si formano agiscono, quindi, da intermediarie tra ioni cometari vento solare.

La situazione osservata per 67P nei primi mesi dopo l'arrivo di Rosetta è, invece, diversa perché la regione di interazione era ridotta a causa della scarsa attività del nucleo ancora troppo lontano dal Sole. In particolare la frequenza delle onde osservata dalla sonda era molto simile alla girofrenquenza (o frequenza di ciclotroneo giromagnetica) locale degli ioni cometari. In presenza di un campo magnetico uniforme, infatti, le particelle elettricamente cariche seguono un movimento circolare, descritto dal raggio di Larmor; la frequenza angolare di questo moto è chiamata girofrequenza.

Glassmeier chiama questa zona " sfera di Larmor" della cometa, una fascia in cui gli ioni non hanno ancora eseguito un movimento circolare completo attorno al campo magnetico del vento solare.

Quando gli scienziati hanno scoperto la misteriosa canzone di 67P, sospettavano che avesse che fare con l'attività della cometa, anche se ridotta al minimo, e le particelle neutre rilasciate nello spazio. La radiazione ultravioletta del Sole provoca la ionizzazione di questi atomi e molecole, tra cui quelle dell'acqua. Nell'ambiente di plasma intorno nucleo, gli ioni neonati si muovono perpendicolarmente al campo magnetico, formando quella che viene chiamata corrente trasversale. E' stato scoperto che tale componente è instabile ed è ciò che fa "cantare" la cometa.

"Il processo fisico è un po difficile da comprendere senza una una conoscenza approfondita della fisica dei plasmi ma possiamo usare una semplice analogia per avere una migliore idea di quello che sta succedendo", ha spiegato Glassmeier. "Considerate il tubo dell'acqua per innaffiare il giardino. Aprendo il flusso d'acqua, è la possibilità che il tubo inizi ad oscillare, generando onde [succede quando c'è molta pressione N.d.R.]. Qualcosa di simile accade nel plasma. Naturalmente, il flusso in questione non è acqua ma è un flusso di particelle cariche".

Glassmeier ha detto che gli strumenti RPC hanno rilevato onde a 40 milliHertz almeno fino a febbraio di quest'anno, quando Rosetta e la cometa erano a circa 350 milioni di chilometri dal Sole:
"In questo periodo, l'attività sta cambiando, si presentano altre caratteristiche, la regione di interazione del plasma diventa molto più violenta. Il canto della cometa è ancora presente ma sepolto sotto una varietà di altri fenomeni che stiamo cercando di studiare".

Riferimenti: -
http://blogs.esa.int/rosetta/2015/08/19/what-made-the-comet-sing/