Le onde a bassa frequenza nelle fasce di Van Allen

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Credit: NASA/Van Allen Probes/Goddard Space Flight Center

Teorizzate ancor prima dell'inizio dell'era spaziale, le fasce di Van Allen, furono confermate per la prima volta nel 1958 con le missioni Explorer 1 ed Explorer 3, sotto la supervisione del prof. James van Allen da cui prendono il nome.

Sono enormi ciambelle di particelle cariche che circondano la Terra.
Si trovano tra la cosiddetta orbita geostazionaria (l'orbita dei satelliti per telecomunicazioni) e l’orbita bassa (l'orbita della ISS, Stazione Spaziale Internazionale): intrappolano e scambiano plasma con lo spazio esterno, senza che questo raggiunga la Terra.

Il 30 agosto 2012 la NASA ha lanciato le sonde Radiation Belt Storm (RBSP), successivamente ribattezzate Van Allen Probes, per studiare questa intrigante zona dello spazio vicino a noi.
Tuttavia, un mistero rimane ancora irrisolto:
cosa accelera le particelle, all'interno delle fasce, fino a quasi la velocità della luce?
La risposta migliore potrebbe essere che, un qualche tipo di onda elettromagnetica scorra attraverso le cinture spingendo le particelle, ma fino ad oggi questi processi non sono mai stati spiegati.

Le fasce di Van Allen sono due, o meglio, sarebbero tre.
La più interna è costituita essenzialmente da protoni ad alta energia ed è abbastanza stabile mentre, la fascia esterna è più complessa e variabile. E' formata, per la maggior parte, da elettroni e risente particolarmente degli influssi legati agli eventi solari. La terza è stata scoperta recentemente grazie ad una fortunata coincidenza, pochi giorni dopo il lancio delle Van Allen Probes.

Fino a qualche mese fa, si riteneva che le capacità relativistiche degli elettroni all'interno delle fasce fossero generate da cause esterne ma uno studio pubblicato il 25 luglio scorso sulla rivista Science, ha confermato che l'energia di accelerazione proviene dall'interno delle fasce stesse. Le fonti sarebbero le intense onde elettromagnetiche intorno al nostro pianeta in grado di accelerare le particelle in loco.

Ian Mann, scienziato dell’l'Università di Alberta in Canada, ha analizzato i dati rilevati dalle sonde Van Allen.

Le fasce sono costituite da gas di particelle cariche molto energetiche, conosciuto come plasma, disciplinato da una serie di leggi elettromagnetiche raramente sperimentate sulla Terra. Al suo interno possono esistere diversi tipi di onde, ciascuna delle quali potrebbe essere responsabile dei processi di accelerazione.

In generale, le particelle nelle fasce di Van Allen seguono tre movimenti naturali: roteano intorno ai campi magnetici in strette spirali, rimbalzando avanti e indietro lungo le linee del campo magnetico, orbitano intorno alla Terra con periodi di pochi minuti. Quindi, alcune onde di plasma potrebbero avere la frequenza giusta per interagire fortemente con questi movimenti.

Mann e i suoi colleghi hanno trovato distese di particelle accelerate che portavano la firma di onde a bassa frequenza, Ultra-low frequency o ULF.
In base ai risultati, le ULF agirebbero nelle fasce molto più velocemente rispetto ai modelli standard.
Mann, perciò, ha in programma di effettuare nuove simulazioni integrando un maggior numero di onde a bassa frequenza, per verificare quanto osservato nei dati rilevati dalle sonde.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Communications il 19 novembre 2013.