Trecce di campi magnetici

Area of turbulence in the Northern magnetic cusp
Area di turbolenza
16 Gennaio 2006

INTERVISTA 02-2006. La “crisi del gas” fra Russia e Ucraina ha recentemente spinto l’Unione Europea a riconsiderare la produzione di energia nucleare. E in questi giorni sono stati resi pubblici i risultati di una scoperta astronomica che può avere qualche ricaduta pratica, in particolare nella ricerca sulla cosiddetta “energia nucleare pulita”. Di che si tratta?

Il Sole emette in ogni direzione un flusso di particelle cariche, il vento solare, che si propaga in tutto il sistema solare, diluendosi sempre di più.

Accade che questo mare di particelle sia percorso da flussi di particelle più o meno veloci, un po’ come succede con le correnti oceaniche. Per la prima volta, tra Sole e Terra, è stato identificato un flusso di particelle cariche di enorme estensione, largo fino a 2 milioni e mezzo di chilometri, circa 390 volte il raggio terrestre.

La cosa interessante è che il meccanismo che origina questi flussi di particelle non è pienamente compreso. È noto da tempo che le particelle sono accelerate da esplosioni provocate da campi magnetici che improvvisamente si intrecciano. Quando due campi magnetici si intrecciano, si “rompono” improvvisamente, trasferendo la loro energia alle particelle circostanti, che vengono espulse a formare due getti.

Rimangono però ancora molti dubbi sulle caratteristiche di base di questo fenomeno: questo intrecciarsi di campi magnetici è casuale e ha luogo su spazi ridotti oppure può durare a lungo e anche aver luogo su spazi molto estesi? La scoperta di cui stiamo parlando, dovuta a quattro satelliti dell’ESA, i Cluster, e a due della NASA, dà un contributo a chiarire questi aspetti.

Micro turbulence seen by Cluster
Micro turbolenza

In che modo una scoperta come questa potrebbe avere applicazioni utili in futuro?

L’interazione tra campi magnetici molto intensi e particelle cariche è centrale nella tecnologia delle centrali nucleari a fusione, che sono ben diverse dalle centrali nucleari oggi attive.

Le centrali nucleari di oggi, infatti, si basano sulla fissione nucleare: atomi molto pesanti vengono spezzati un atomi più leggeri, in un processo a catena che libera grandi quantità energia. Il problema, com’è noto, è che in questo modo vengono originate scorie radioattive il cui smaltimento è un problema di enorme complessità.

Diverse sarebbero invece le centrali atomiche basate sul principio della fusione nucleare, nelle quali partendo da atomi relativamente semplici si riuscisse a costruire atomi più complessi, sempre con la liberazione di energia ma senza scorie radioattive.

Uno dei problemi legati alla realizzazione di centrali atomiche a fissione nucleare è come fare a mantenere confinate le particelle cariche che devono dar luogo alla fusione. Le temperature sono troppo alte perché si possa pensare di farlo con i materiali che conosciamo. Si pensa di farlo attraverso campi magnetici molto intensi, ma questo confinamento è possibile solo se i campi magnetici sono stabili. Se cioè non si bucano facilmente. Ecco che capire meglio in che modo si bucano campi magnetici può essere utile a sviluppare una tecnologia che in lontano futuro potrebbe essere risolutiva.

The magnetosphere - a natural protective bubble
Il campo magnetico terrestre è una "bolla protettiva" naturale

Si tratta quindi di un contributo teorico, che non ha una applicazione immediata?

Non ha un’applicazione immediata nel campo della produzione dell’energia. Tuttavia lo studio dei flussi di particelle cariche che provengono dal Sole e che investono la Terra ha ricadute molto pratiche anche oggi.

La “rottura” del campo magnetico che abbiamo descritto prima può aver luogo, infatti, anche in determinati punti del campo magnetico terrestre: quando accade, le particelle cariche del vento solare trovano un varco per attraversare parte dell’atmosfera.

In questo caso, danno origine a un disturbo magnetico che può influire negativamente su molti settori della vita moderna.

I satelliti, naturalmente, sono i più esposti, sia per le probabilità che i circuiti elettronici e i microchip siano danneggiati sia per i cambiamenti alla composizione alla struttura della ionosfera indotta dai flussi di particelle cariche. Lo stesso problema sull’elettronica si presenta sugli aerei ad alta quota.

Ad alta quota, naturalmente, aumenta l’esposizione alle radiazioni, in parte negli aerei ma soprattutto per gli astronauti impegnati sulla Stazione spaziale Internazionale.

Ma anche a Terra si registrano cali di tensione sulle linee di distribuzione di corrente elettrica: è rimasta piuttosto celebre la tempesta magnetica del marzo 1989, che ha causato un black out di circa 9 ore in Quebec, con la sospensione dell’erogazione dell’energia elettrica.

SOHO/EIT temperature map recorded by EIT on 21 June 2001
SOHO

Ma è possibile prevedere le tempeste magnetiche?

Sia la NASA che l’ESA promuovono servizi di previsione di “meteorologia spaziale”. In particolare, le cose sono molto cambiate con il lancio del satellite SOHO, un’impresa congiunta ESA/NASA.

SOHO è stato lanciato nel dicembre 1995 e si trova a circa 1,5 milioni di kilometri dalla Terra, in direzione del Sole. Si muove intorno al Sole mantenendosi allineato con la Terra ed è quindi in grado di tenere sotto controllo la nostra stella senza soluzione di continuità, fornendo agli astrofisici la chiave per comprendere l’origine del vento solare e tutta una serie di comportamenti molto complessi del Sole, legati alla sua struttura.

Nota:

Le interviste

Dal maggio 2000, con cadenza settimanale, RAI NEWS 24 - canale televisivo digitale della RAI dedicato all'aggiornamento in tempo reale - riserva all'ESA uno spazio di approfondimento di 5 minuti: un'intervista su una notizia di attualità legata alle attività nello spazio.

I servizi vengono ritrasmessi ulteriormente su RAI International e RAI 3. Si va dagli approfondimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale, alle scoperte scientifiche dei satelliti dedicati all'astronomia, alle applicazioni concrete legate alle osservazioni della Terra dallo spazio.

Il giornalista della Rai, Lorenzo di Las Plassas, passa cinque minuti con il rappresentante dell'ESA, Stefano Sandrelli, per dare un'idea dell'argomento e per approfondirne un aspetto, in modo che, leggendo di seguito le interviste relative a uno stesso settore se ne abbia uno spaccato sempre più ampio, venendo a conoscenza di cose sempre nuove.

Per ulteriori informazioni, rivolgersi a: Simonetta.Cheli@esa.int.

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