Un team di scienziati internazionali di BAS, L'Università dell'Iowa e il Centro di ricerca tedesco per le geoscienze GFZ hanno scoperto un nuovo metodo per spiegare come si formano le fasce di radiazioni attorno al pianeta Saturno.

Intorno a Saturno, e altri pianeti inclusa la Terra, le particelle cariche di energia sono intrappolate nel campo magnetico. Qui formano zone a forma di ciambella vicino al pianeta, note come cinture di radiazioni, come le cinture di Van Allen attorno alla Terra dove gli elettroni viaggiano vicini alla velocità della luce.

Dati raccolti dalla navicella spaziale Cassini della NASA, che ha orbitato intorno a Saturno per 13 anni, combinati con un modello computerizzato BAS hanno fornito nuove informazioni sul comportamento di questi elettroni in rapido movimento. La scoperta capovolge la visione accettata tra gli scienziati spaziali sui meccanismi responsabili dell'accelerazione degli elettroni a energie così estreme nelle cinture di radiazione di Saturno. I risultati del team sono pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura questa settimana (giovedì 29 novembre).

Si è sempre ipotizzato che intorno a Saturno, gli elettroni sono accelerati a energie estremamente elevate da un processo chiamato diffusione radiale, dove gli elettroni vengono ripetutamente spinti verso il pianeta, aumentando la loro energia. Un modo alternativo per accelerare gli elettroni è la loro interazione con le onde di plasma come avviene intorno alla Terra ea Giove con le onde Chorus. Intorno a Saturno, Le onde del coro sono state respinte come inefficaci; però, gli autori hanno scoperto che nell'ambiente unico di Saturno, è un'altra forma di onda plasma chiamata onda Z-mode che è critica.

Secondo l'autore principale, La dottoressa Emma Woodfield del British Antarctic Survey:"Questa ricerca è davvero entusiasmante perché si è sempre pensato che gli elettroni ad alta energia nella fascia di radiazioni intorno a Saturno provenissero dalla diffusione radiale. Abbiamo identificato un modo diverso per creare una fascia di radiazioni che non si sapeva prima. Questo studio ci fornisce una migliore comprensione di come funzionano le cinture di radiazioni attraverso il sistema solare e aiuterà i modellisti a prevedere il tempo spaziale in modo più accurato sulla Terra, che a sua volta proteggerà sia gli astronauti che i satelliti dai rischi di radiazioni".

La dottoressa Emma Woodfield continua:

"Saturno ci ha dato l'opportunità di abbondanti onde in modalità Z, per testare realmente cosa possono fare queste onde agli elettroni su larga scala. Alcune persone pensano che i pianeti siano solo freddi pezzi di roccia che viaggiano attraverso lo spazio vuoto, ma il modo in cui ogni pianeta interagisce con le particelle nello spazio è complesso, unico e squisito, e studiarli può parlarci del nostro pianeta e dei rari eventi estremi che occasionalmente si verificano".

Il professor Yuri Shprits del Centro di ricerca tedesco per le geoscienze GFZ afferma:"Penso che sia fondamentale comprendere gli ambienti di radiazioni estreme dei pianeti esterni. Questi studi ci forniscono un'opportunità unica per valutare i potenziali estremi del clima spaziale terrestre e per capire cosa le condizioni meteorologiche spaziali possono essere intorno a pianeti oltre il nostro sistema solare (esopianeti)".

Il team conclude che l'accelerazione degli elettroni da parte delle onde Z-mode è più rapida nell'energizzare gli elettroni nella cintura di radiazioni di Saturno rispetto alla diffusione radiale ed entrambi i meccanismi lavoreranno insieme per mantenere la cintura di radiazioni su Saturno.

Formazione di cinture di radiazione elettronica a Saturno mediante accelerazione d'onda in modalità Z di E.E. Woodfield, R.B. Horne, S.A Glauert, J.D. Menietti, Y.Y. Shprits e W.S. Kurth è pubblicato in Comunicazioni sulla natura qui

Cinture di radiazioni di Van Allen

Le fasce di radiazione di Van Allen sono state rilevate dal primo satellite statunitense Explorer I, lanciato durante l'Anno Geofisico Internazionale 1957-58. Sono composti da particelle cariche di energia intrappolate all'interno del campo magnetico terrestre, che circonda la Terra come una ciambella ad anello. Gli elettroni energetici nelle fasce di radiazione di Van Allen della Terra occupano due regioni distinte.

• Fasce di radiazione del sistema solare – Giove, Saturno, Urano e Nettuno hanno tutti forti campi magnetici e cinture di radiazioni. Si pensa che Mercurio possa avere cinture di radiazioni transitorie.
• Diffusione radiale:molte piccole spinte che spingono gli elettroni verso o lontano dal pianeta, il movimento verso il pianeta determina un aumento dell'energia degli elettroni.
• Interazione onda-particella:il modo in cui l'energia viene trasferita a o da un'onda di plasma a una particella carica (ad esempio un elettrone)
• Chorus – Onde chorus in modalità Whistler – un tipo di onda plasma in un plasma magnetizzato, queste onde radio vengono convertite in un suono che suona come il coro dell'alba.
• Onde Z-mode - un tipo di onda plasma presente in un plasma magnetizzato, così chiamato a causa della forma vista nelle osservazioni di questa onda da strumenti a terra sulla Terra - una forma a "Z".