Mercurio, il pianeta più vicino al sole, condivide con la Terra la particolarità di essere uno dei due pianeti montuosi del sistema solare con un campo magnetico globale che lo scherma dai raggi cosmici e dal vento solare. Ora ricercatori, guidato dal fisico Chuanfei Dong del Princeton University Center for Heliophysics e dal Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), hanno sviluppato il primo modello dettagliato dell'interazione tra il vento magnetizzato e il campo magnetico, o magnetosfera, che circonda il pianeta, scoperte che potrebbero portare a una migliore comprensione del campo più forte intorno alla Terra.

Strumento di base

Dong ha utilizzato un nuovo codice di simulazione tridimensionale chiamato "Gkeyll" che incorpora la fisica del comportamento su microscala in un sofisticato modello su macroscala. La simulazione fornirà uno strumento di base alla missione bi-satellitare BepiColombo in rotta verso Mercurio, per il quale Dong è co-investigatore di una suite di quattro strumenti a bordo della navicella. La missione internazionale, intitolato al compianto matematico Giuseppe (Bepi) Colombo dell'Università di Padova e lanciato dalle agenzie spaziali europee e giapponesi nel 2018, è programmato per raggiungere Mercurio e iniziare l'orbita nel 2025. "Forniremo informazioni numeriche basate sul modello che aiuteranno la missione a comprendere i suoi risultati, " ha detto Dong, autore principale di un articolo che descrive il modello in Lettere di ricerca geofisica .

Plasma, lo stato della materia che consiste di nuclei atomici con carica positiva ed elettroni con carica negativa, costituisce il 99 percento dell'universo visibile. Riconnessione magnetica, la fusione e la violenta separazione delle linee del campo magnetico nel plasma, regola la magnetosfera di Mercurio, che è molto più piccolo ma molto più dinamico di quello terrestre. La riconnessione avviene quando il vento solare colpisce la magnetosfera di Mercurio, facendo sì che il suo campo magnetico cicla dalla parte anteriore, o di giorno, della magnetosfera verso la parte posteriore, o di notte, dove si ripresenta la riconnessione e il campo torna al lato diurno.

Il team di ricerca ha catturato la fisica di questo processo simulando 10 variabili distinte senza precedenti con Gkeyll. Il modello cattura aspetti importanti del movimento degli elettroni vicino al sito di riconnessione, un aspetto importante ma poco compreso del processo, e concorda bene con le osservazioni della NASA Mercury Surface, Ambiente spaziale, Satellite Geochemistry and Ranging (MESSENGER) che ha orbitato attorno a Mercurio dal 2011 al 2015.

Adesso entrambi i lati

Mentre il MESSENGER a singolo satellite non poteva raccogliere dati dai campi diurni e notturni di Mercurio contemporaneamente, la missione bi-satellitare BepiColombo esplorerà entrambi i lati della magnetosfera. Inoltre, dal periasse di MESSENGER, o il sentiero più vicino a Mercurio, era nell'emisfero settentrionale, l'emisfero australe e il suo campo magnetico non sono ancora stati completamente studiati. La missione BepiColombo coprirà entrambi gli emisferi.

Una particolarità di Mercurio è che il suo campo magnetico è circa tre volte più forte nell'emisfero settentrionale che in quello meridionale, contrariamente a quello della Terra, dove i campi sono sostanzialmente gli stessi. La generazione dei campi in entrambi i pianeti è il ferro liquido in movimento nei loro nuclei fusi elettricamente conduttivi. In Mercurio il nucleo insolitamente grande si estende per oltre l'80 percento del raggio dell'interno, accoppiando strettamente il campo al nucleo che lo crea.

Il nuovo modello ha permesso a Dong e al suo team di esplorare molte caratteristiche chiave della magnetosfera di Mercurio, come la riconnessione nel confine tra il vento solare e il campo magnetico e il ciclo avanti e indietro del campo. Il modello ha scoperto il ruolo essenziale della fisica degli elettroni nel processo di riconnessione, che è "senza collisione" perché le particelle di plasma ampiamente separate nello spazio non si scontrano spesso. Il modello ha inoltre rivelato che lo stretto accoppiamento tra la magnetosfera e il grande nucleo di ferro aiuta a proteggere Mercurio dall'erosione del vento solare.

Passaggio cruciale

Questi risultati, ha detto Dong, "rappresentano un passo cruciale verso la creazione di un approccio rivoluzionario innovativo" per una migliore comprensione della fisica dietro il contatto del vento solare con la magnetosfera sbilenca del pianeta più vicino al sole. "Il lavoro di Chuanfei è una pietra miliare preziosa nel convalidare il nostro sforzo di modellare il tempo spaziale nei pianeti, e si predispone per fare previsioni su eventi meteorologici spaziali sia a bassa intensità che estremi sulla Terra, " disse Amitava Bhattacharjee, direttore del Princeton Center for Heliophysics e coautore dell'articolo.