Audrey Schillings ha recentemente difeso la sua tesi di dottorato sulla perdita atmosferica dalla Terra e su come varia con le condizioni del vento solare. Audrey ha lavorato presso l'Istituto svedese di fisica spaziale e si è iscritta alla Luleå University of Technology come membro della sua Graduate School in Space Technology.

Nella tesi, Audrey Schillings mostra come il deflusso di ioni ossigeno aumenti con l'aumento della pressione dinamica del vento solare, con la direzione sud del campo magnetico interplanetario e con la quantità di radiazione ultravioletta estrema. Durante le tempeste magnetiche, il flusso di ioni ossigeno può aumentare fino a 100 volte il valore del tempo di quiete. Dati e modelli mostrano che gli ioni osservati lasceranno l'atmosfera della Terra e si perderanno nello spazio.

Gli studi si basano sui dati del cluster di costellazioni satellitari dell'Agenzia spaziale europea, che consiste di quattro veicoli spaziali che volano in formazione. I dati primari provengono dal sensore di ioni Cluster Ion Spectrometer, costruito e sviluppato a Tolosa.

Gli strati più alti dell'atmosfera terrestre sono soggetti a radiazioni ultraviolette estreme e bombardamenti energetici di particelle dallo spazio, entrambi i quali eliminano elettroni da atomi e molecole, rendendoli ioni caricati elettricamente. Gli ioni caricati elettricamente sono influenzati da campi magnetici ed elettrici. I campi possono accelerare le particelle in modo che superino la gravità e possano fuggire nello spazio. Sono particolarmente colpiti dal vento solare, un flusso di particelle cariche che emana dal sole, che porta con sé campi elettrici e magnetici. Sono anche influenzati dal campo magnetico del pianeta Terra, che a sua volta influenza il vento solare e crea una bolla nel vento solare, la magnetosfera terrestre.

Il deflusso atmosferico attraverso gli ioni è stato studiato fin dagli anni '60, ma molti dettagli sono rimasti poco chiari. Il ruolo del forte campo magnetico planetario è uno di questi fattori, rispetto a pianeti non magnetizzati come Marte o Venere. Si è pensato che il campo magnetico proteggesse l'atmosfera terrestre dal vento solare, e può persino riportare le particelle in fuga nell'atmosfera. Un'altra questione correlata riguarda il deflusso durante le tempeste geomagnetiche.

"Le tempeste magnetiche sono guidate da processi sul sole, " spiega Audrey. "Portano a un aumento dell'afflusso di particelle ed energia nella magnetosfera della Terra. Sono particolarmente interessanti, in quanto si ritiene che siano rappresentativi delle condizioni dell'antico sistema solare, quando il sole era giovane circa 4 miliardi di anni fa. Terra, Marte e Venere non perdono gran parte della loro atmosfera ora, ma forse era diverso in passato?"

Le tempeste magnetiche non si verificano molto spesso, quindi contribuiscono piuttosto poco al set di dati totale. Allo stesso tempo, la magnetosfera della Terra è grande, quindi importa molto dove si trovasse la navicella spaziale nella magnetosfera durante una tempesta.

"Il mio primo compito è stato quello di sviluppare un nuovo metodo per osservare il cambiamento relativo del deflusso di ioni nella parte della magnetosfera in cui si trovava la navicella spaziale. Abbiamo scoperto che il deflusso di ioni potrebbe aumentare di quasi cento volte durante una tempesta, "dice Audrey.

Il passo successivo è stato quello di studiare come il deflusso dalla Terra variasse con le condizioni del vento solare in un modo simile a come era stato studiato per Marte in altre ricerche recenti. Lo studio di Marte ha indicato che il deflusso durante le tempeste, e quindi in passato, era probabilmente più basso di adesso. Quindi abbiamo motivo di mettere in dubbio l'immagine che il campo magnetico della Terra protegge l'atmosfera. I processi che studiamo diventano più efficienti quando il forte campo magnetico planetario aiuta a raccogliere energia dal vento solare e ad incanalarla nell'atmosfera.

"Il nostro studio su come aumenta il deflusso durante le tempeste fornisce un'idea di quanta atmosfera può essere persa da un pianeta appena formato. Forse mostra anche che un campo magnetico planetario può aiutare a rimuovere l'atmosfera da un pianeta. Questa è stata una scoperta sorprendente, "dice Audrey.