Il vento solare che colpisce la magnetosfera diurna terrestre provoca turbolenze, come l'aria sopra un'ala. I fisici della Rice University hanno sviluppato nuovi metodi per caratterizzare come questo influenzi il clima spaziale sul lato notturno.

Raramente è tranquillo lassù. Il vento solare scorre intorno alla Terra e si allontana nella notte, ma più vicino al pianeta, pacchi di plasma vengono catturati dalla turbolenza e ricadono verso la Terra. Quella turbolenza provoca grandi increspature nel plasma.

Con l'aiuto di diversi veicoli spaziali e strumenti computazionali sviluppati negli ultimi dieci anni, Gli scienziati del riso guidati dal fisico del plasma spaziale Frank Toffoletto possono ora valutare le increspature, chiamate onde di galleggiamento, causato dalla turbolenza.

Queste onde, o oscillazioni, sono stati osservati nel sottile strato di flusso magnetico lungo la base del foglio di plasma che si allontana dal lato notturno del pianeta. La teoria di Rice è la prima a quantificare il loro moto.

La teoria aggiunge un altro elemento al modello di convezione del riso, un stabilito, algoritmo da decenni che aiuta gli scienziati a calcolare come reagiranno la magnetosfera interna e centrale a eventi come le tempeste solari che minacciano i satelliti, comunicazioni e reti elettriche sulla Terra.

Il nuovo giornale in Fisica spaziale JGR di Toffoletto, Il professore emerito Richard Wolf e l'ex studente laureato Aaron Schutza iniziano descrivendo le bolle - "flussi di massa esplosivi" previsti dall'allievo di Wolf e Rice Duane Pontius nel 1990 - che ricadono verso la Terra attraverso la coda di plasma.

Funzionalmente, sono l'opposto delle bolle d'aria galleggianti che si muovono su e giù nell'atmosfera a causa della gravità, ma le bolle di plasma rispondono invece ai campi magnetici. Le bolle di plasma perdono la maggior parte del loro slancio nel momento in cui toccano il punto teorico, confine filamentoso tra il foglio di plasma interno e la plasmasfera protettiva.

Che imposta il limite della frenata in una dolce oscillazione, che dura pochi minuti prima di stabilizzarsi nuovamente. Toffoletto ha paragonato il movimento a una corda di chitarra pizzicata che torna rapidamente in equilibrio.

"Il nome di fantasia per questo è l'automode, " ha detto. "Stiamo cercando di capire gli automodi a bassa frequenza della magnetosfera. Non sono stati molto studiati, sebbene sembrino essere associati a interruzioni dinamiche della magnetosfera".

Toffoletto ha detto che il team di Rice ha scoperto negli ultimi anni attraverso simulazioni che la magnetosfera non risponde sempre in modo lineare alla forza motrice costante del vento solare.

"Ottieni tutti i tipi di modalità d'onda nel sistema, " Egli ha detto, spiegando che i flussi di massa a raffica sono una di queste modalità. "Ogni volta che arriva una di queste cose, quando colpiscono la regione interna, fondamentalmente raggiungono il loro punto di equilibrio e oscillano con una certa frequenza. Trovare quella frequenza è ciò di cui tratta questo documento."

Come misurato dal veicolo spaziale THEMIS, i periodi di queste onde sono di pochi minuti e le ampiezze sono spesso maggiori della Terra.

"Comprendere la frequenza naturale del sistema e come si comporta può dirci molto sulle proprietà fisiche del plasma sul lato notturno, il suo trasporto e come potrebbe essere correlato all'aurora, " ha detto. "Molti di questi fenomeni si manifestano nella ionosfera come strutture aurorali, e non capiamo da dove provengano queste strutture".

Toffoletto ha affermato che i modelli suggeriscono che le onde galleggianti possono svolgere un ruolo nella formazione della corrente ad anello che consiste in particelle cariche che scorrono intorno alla Terra e sottotempeste magnetosferiche, che sono tutti collegati all'aurora.

Ha detto che non più di un decennio fa, molte simulazioni di magnetosfera "sembrerebbero molto uniformi, un po' noioso." Il gruppo Rice sta collaborando con l'Applied Physics Laboratory per includere il modello di convezione del riso in un codice magnetosfera globale di nuova concezione chiamato "Gamera, " prende il nome dal mostro immaginario giapponese.

"Ora, con tali modelli a risoluzione più elevata e metodi numerici molto migliori, queste strutture iniziano a comparire nelle simulazioni, " Ha detto Toffoletto. "Questo documento è un piccolo pezzo del puzzle che stiamo mettendo insieme su come si comporta il sistema. Tutto ciò gioca un ruolo importante nella comprensione di come funziona la meteorologia spaziale e di come questo a sua volta influisca sulla tecnologia, satelliti e sistemi terrestri".

Lo stesso modello di convezione del riso è stato aggiornato questo mese in un documento condotto dal recente alunno di Rice Jian Yang, ora professore associato di Scienze della Terra e dello spazio presso la Southern University of Science and Technology, Shenzhen, Cina.