Fenomeno della meteorologia spaziale osservato in laboratorio per la prima volta – Physics World

Fenomeno della meteorologia spaziale osservato in laboratorio per la prima volta – Physics World

Timestamp: 21 marzo 2024 5:30


Rappresentazione artistica di un plasma confinato nella struttura RT-1. Il plasma appare come una nuvola viola brillante all'interno di una camera toroidale circondata da linee di campo magnetico e contenente particelle rosse (che rappresentano elettroni ad alta temperatura) che emettono linee bianche (che rappresentano le onde del coro).
Osservazione dell'emissione corale spontanea in RT-1: Quando il plasma confinato nel campo magnetico del dipolo di RT-1 contiene una frazione significativa di elettroni ad alta temperatura (particelle rosse), si forma un'emissione corale (linee di emissione bianche) con frequenza variabile (altezza del suono) simile al canto degli uccelli. Per gentile concessione: Istituto Nazionale per la Scienza della Fusione

Per la prima volta sono stati osservati in laboratorio eventi meteorologici spaziali noti come emissioni di coro in modalità fischio. Queste emissioni si verificano naturalmente all’interno delle regioni dello spazio dominate dai campi magnetici planetari – le magnetosfere – e sono legate alle aurore che illuminano i nostri cieli settentrionali e meridionali ogni inverno. Tuttavia, le loro origini esatte sono poco conosciute e fino ad ora il loro studio ha coinvolto osservazioni di veicoli spaziali o simulazioni numeriche. Ricreando le condizioni che producono queste emissioni, i ricercatori dell’Istituto nazionale giapponese per la scienza della fusione e dell’Università di Tokyo sperano di comprenderle meglio e il modo in cui influenzano i satelliti in orbita, nonché le reti elettriche e di comunicazione terrestri.

Le emissioni di coro in modalità Whistler sono onde intense e coerenti che producono e trasportano elettroni ad alta energia attraverso le magnetosfere planetarie. Prendono il nome perché le loro frequenze variano ripetutamente in un modo che ha ricordato ai primi ricercatori il “coro dell’alba” del canto degli uccelli. Queste onde di plasma sono state osservate nella magnetosfera di Giove e nella regione influenzata dal campo magnetico terrestre, ma mai prima d'ora in condizioni controllate in laboratorio.

Ricreare plasmi di tipo magnetosfera

Il primo compito per i team leader Haruhiko Saitoh ed Zensho Yoshida era quello di creare un campo magnetico che imitasse adeguatamente la magnetosfera. Il tipo più fondamentale di campo magnetico che si forma nelle magnetosfere planetarie è un campo dipolare e presso la struttura Ring Trap 1 (RT-1) dell'Università di Tokyo, questo tipo di campo è comunemente usato per confinare stabilmente i plasmi per esperimenti di fusione avanzati.

Nel loro lavoro, in cui descrivono Nature Communications, Saitoh e colleghi hanno generato questo campo utilizzando una bobina superconduttrice da 110 kg levitata magneticamente situata all'interno del recipiente a vuoto dell'RT-1. Riempiendo il recipiente a vuoto con gas idrogeno ed eccitando il gas con le microonde, hanno creato un plasma di idrogeno di alta qualità contenente elettroni riscaldati ad alte temperature. “Creare un ambiente simile alla magnetosfera in laboratorio è stato impegnativo”, racconta Saitoh Mondo della fisica, "ma RT-1 è in grado di raggiungere questo obiettivo grazie alla bobina superconduttrice levitante in una camera a vuoto."

Le emissioni del coro potrebbero essere un fenomeno universale

I ricercatori hanno utilizzato sonde magnetiche per studiare come fluttua il plasma, inclusa la componente di elettroni caldi. Hanno scoperto che il plasma produceva spontaneamente emissioni di coro di onde sibilanti ogni volta che conteneva una percentuale significativa di elettroni ad alta temperatura. Questi elettroni sono responsabili della pressione del plasma e il team ha osservato che l’aumento del loro numero porta alla generazione di emissioni chorus.

Secondo i ricercatori, questo risultato suggerisce che le emissioni chorus sono un fenomeno universale nei plasmi che contengono elettroni ad alta temperatura all’interno di un semplice campo magnetico dipolare. Plasmi di questo tipo sono comuni nel geospazio, che il team definisce come “lo spazio attorno alla Terra particolarmente strettamente legato alle attività umane”. Man mano che tali attività si intensificano, notano, lo studio dei disturbi magnetosferici in grado di causare aurore, nonché interruzioni di energia e di comunicazione, diventa più importante. “Le emissioni di coro sono importanti per comprendere e potenzialmente mitigare questi effetti”, affermano.

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