I pianeti e le lune del nostro sistema solare vengono continuamente bombardati da particelle scagliate lontano dal sole. Sulla Terra questo non ha quasi alcun effetto, a parte l'affascinante aurora boreale, perché la densa atmosfera e il campo magnetico della Terra ci proteggono da queste particelle del vento solare. Ma sulla Luna o su Mercurio le cose sono diverse:lì, lo strato di roccia più alto viene gradualmente eroso dall'impatto delle particelle solari.

Nuovi risultati della TU Wien ora mostrano che i modelli precedenti di questo processo sono incompleti. Gli effetti del bombardamento del vento solare sono in alcuni casi molto più drastici di quanto si pensasse in precedenza. Questi risultati sono importanti per la missione ESA BepiColombo, La prima missione europea su Mercurio. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rivista planetology Icaro .

Un'esosfera di roccia frantumata

"Il vento solare è costituito da particelle cariche, principalmente ioni di idrogeno ed elio, ma anche gli atomi più pesanti fino al ferro giocano un ruolo, " spiega il prof. Friedrich Aumayr dell'Istituto di fisica applicata alla TU Wien. Queste particelle colpiscono le rocce superficiali a una velocità compresa tra 400 e 800 km al secondo e l'impatto può espellere numerosi altri atomi. Queste particelle possono salire in alto prima di ricadere alla superficie, creando una "esosfera" attorno alla Luna oa Mercurio, un'atmosfera estremamente sottile di atomi eruttati dalle rocce superficiali dal bombardamento del vento solare.

Questa esosfera è di grande interesse per la ricerca spaziale perché la sua composizione consente agli scienziati di dedurre la composizione chimica della superficie rocciosa ed è molto più facile analizzare l'esosfera che far atterrare un veicolo spaziale sulla superficie. Nell'ottobre 2018, L'ESA invierà la sonda BepiColombo su Mercurio, ovvero ottenere informazioni sulle proprietà geologiche e chimiche di Mercurio dalla composizione dell'esosfera.

La carica è importante

Però, ciò richiede una precisa comprensione degli effetti del vento solare sulle superfici rocciose, ed è proprio qui che esistono ancora lacune decisive nella conoscenza. Perciò, il TU Wien ha studiato l'effetto del bombardamento ionico su wollastonite, una tipica roccia lunare. "Finora si è ipotizzato che l'energia cinetica delle particelle veloci sia la principale responsabile dell'atomizzazione della superficie rocciosa, "dice Paul Szabo, dottorato di ricerca studente nel team di Friedrich Aumayr e primo autore della presente pubblicazione. "Ma questa è solo metà della verità:siamo stati in grado di dimostrare che l'elevata carica elettrica delle particelle gioca un ruolo decisivo. È il motivo per cui le particelle sulla superficie possono fare molti più danni di quanto si pensasse in precedenza".

Quando le particelle del vento solare si caricano in modo moltiplicato, cioè quando mancano di più elettroni, trasportano una grande quantità di energia che viene rilasciata in un lampo all'impatto. "Se questo non viene preso in considerazione, gli effetti del vento solare su varie rocce sono mal valutati, " dice Paul Szabo. Pertanto, non è possibile trarre conclusioni esatte sulle rocce superficiali con un modello errato dalla composizione dell'esosfera.

I protoni costituiscono di gran lunga la maggior parte del vento solare, e quindi in precedenza si pensava che avessero l'influenza più forte sulla roccia. Ma a quanto pare, l'elio gioca effettivamente il ruolo principale perché, a differenza dei protoni, può essere caricato due volte più positivamente. E non va trascurato nemmeno il contributo di ioni più pesanti con una carica elettrica ancora maggiore.

Per questi risultati è stata necessaria la collaborazione di diversi gruppi di ricerca:presso l'Istituto di fisica applicata sono state eseguite misurazioni ad alta precisione con una microbilancia appositamente sviluppata. Presso il Vienna Scientific Cluster VSC-3 sono state effettuate complesse simulazioni al computer con codici sviluppati per la ricerca sulla fusione nucleare al fine di poter interpretare correttamente i risultati. Anche il Centro di strumentazione analitica e l'Istituto per le tecnologie chimiche e l'analisi della TU Vienna hanno fornito importanti contributi.