Le sonde della NASA Van Allen stanno svelando nuovi interessanti dettagli sulle omonime fasce, le due ciambelle giganti di radiazioni che circondano il nostro pianeta, tra l'orbita geostazionaria (l'orbita dei satelliti per le telecomunicazioni) e l'orbita bassa (l'orbita della ISS, la Stazione Spaziale Internazionale).
Queste strutture intrappolano e scambiano plasma con lo spazio esterno, senza che raggiunga la Terra, modificando la loro configurazione in risposta all'energia in arrivo dal Sole. Studiare il loro comportamento è quindi fondamentale per proteggere la nostra tecnologia e gli astronauti in orbita.
La loro presenza era stata teorizzata ancor prima dell'era spaziale ma furono scoperte nel 1958 da James Van Allen con il lancio del primo razzo statunitense Explorer 1. Missioni successive hanno tentato diverse osservazioni ma il loro comportamento è rimasto un mistero e la nostra comprensione più o meno invariata fino ad oggi.
Sono tradizionalmente rappresentate come due ciambelle (Fig. 1): una più interna e più piccola, separata con una regione di vuoto da quella più dinamica ed esterna. Tuttavia, le due sonde gemelle Van Allen della NASA, lanciate il 30 agosto del 2012 ( inizialmente denominate Radiation Belt Storm Probes - RBSP), stanno mostrando che la storia è tutt'altro che semplice (e questo ci fa capire quanto ancora poco conosciamo non solo dello spazio profondo ma appena fuori il nostro pianeta!).
Dopo aver scoperto casualmente un terzo anello transitorio, un nuovo studio pubblicato sulla rivista Geophysical Research, mostra che le configurazioni delle fasce possono essere molteplici se si considerano i livelli di energia degli elettroni.
"La forma della fasce è in realtà molto diversa a seconda del tipo di elettroni che si sta analizzando", ha spiegato Geoff Reeves, del Los Alamos National Laboratory e del New Mexico Consortium di Los Alamos, New Mexico, autore principale del documento. "Ci sono elettroni a differenti livelli di energia distribuiti diversamente in queste regioni".
In base a questa recente analisi, quindi, le fasce di radiazione possono assumere contemporaneamente strutture molto varie, a seconda di cosa si sta guardando.
La forma può variare da un'unica ciambella senza alcun spazio vuoto, ad una cintura interna più grande con una esterna più piccola, fino a nessuna fascia interna (Fig. 2,3,4).
Rispetto alla concezione classica, osservando gli elettroni a bassa energia, la fascia interna può risultare molto più estesa di quella esterna, mentre la ciambella esterna risulta più grande prendendo in esame elettroni ad energie superiori. Per livelli energetici molto alti, la cintura interna è completamente assente.
Inoltre, la forma delle fasce è pesantemente alterata dalle tempeste geomagnetiche che possono momentaneamente influenzare il numero di elettroni energetici. Questi effetti sono al momento ancora imprevedibili.
"Quando osserviamo una vasta gamma di energie, iniziamo a vedere alcune incongruenze nelle dinamiche della tempesta. La risposta degli elettrone con differenti livelli energetici cambia nei dettagli ma c'è qualche comportamento comune. Ad esempio, abbiamo scoperto che gli elettroni si dissolvono velocemente nella zona vuota dopo una tempesta geomagnetica ma la posizione in cui si forma il gap dipende dall'energia degli elettroni", ha spiegato Reeves nella press release.
Il merito delle recenti scoperte va a questa missione e alle sonde Van Allen che sono in grado di catturare informazioni sugli elettroni a bassa energia a solo poche migliaia di elettronvolt, arrivando ad analizzare range ben più ampi rispetto agli studi passati.
"Gli strumenti precedenti avrebbero misurare solo cinque o dieci livelli di energia alla volta", ha detto Reeves. "Ma gli Radiation Belt Storm Probes ne misurano centinaia". Le sonde sono in grado di prescindere dal rumore di fondo creato dai protoni presenti nelle fasce: i loro dati hanno, ad esempio, svelato che gli elettroni a bassa energia circolano molto più vicino alla Terra di quanto si pensasse. Informazioni preziose per creare un modello preciso e rigoroso delle fasce di radiazione, sia durante le tempeste geomagnetiche che durante i periodi di relativa calma.