Nuovi fenomeni di riconnessione magnetica che si verificano all'interfaccia tra il vento solare e la magnetosfera terrestre che sono 70, 000 km e 150, 000 km di distanza dalla Terra, rispettivamente. La riconnessione del campo magnetico copre il dominio spaziale di 2000 km x 2000 km che vengono ricostruiti dai dati NASA-MMS misurati sui percorsi dei veicoli spaziali (punti tratteggiati bianchi) insieme al modello fisico del plasma. Le linee verdi indicano le linee X che distano meno di 30 km dai percorsi dei veicoli spaziali. Sia il vento solare che la magnetosfera sono costituiti da elettroni, ioni (principalmente protoni), campi elettrici e magnetici. I colori di sfondo nelle mappe indicano la densità del numero di plasma. Credito: Il Giornale Astrofisico (2020). DOI:10.3847/2041-8213/abbf4a
La maggior parte della materia visibile nell'Universo è costituita da particelle cariche o plasmi che possono sviluppare la riconnessione del campo magnetico (MR) nei punti in cui la direzione del campo magnetico mostra un brusco cambiamento. Attraverso il MR l'energia del campo magnetico può essere efficacemente trasferita nelle energie cinetiche e termiche dei plasmi, con conseguente molti fenomeni di plasma esplosivo che si verificano sul Sole, magnetosfere planetarie e pulsar, e persino i buchi neri.
L'interfaccia o magnetopausa tra il vento solare e la magnetosfera terrestre (a circa 70, 000 km dalla Terra) è uno dei siti più probabili nel nostro sistema solare per il verificarsi di MR tra i campi magnetici interplanetari e terrestri. La magnetopausa terrestre è anche facilmente accessibile per osservazioni in situ da parte di veicoli spaziali che non possono essere effettuate sul Sole e in altri ambienti astronomici.
La riconnessione magnetica può creare crepe al confine della magnetopausa per impedire alla magnetosfera conduttrice di schermare perfettamente gli ambienti spaziali della Terra dal vento solare. Nelle regioni centrali di MR il campo magnetico con direzioni diverse si interseca, formando una linea X. L'identificazione delle firme RM negli ambienti spaziali è stata a lungo una sfida osservativa e teorica a causa del fatto che le posizioni delle linee X non possono essere predeterminate e il veicolo spaziale può visualizzare solo porzioni limitate delle strutture. La navicella spaziale Magnetospheric Multiscale (MMS) della NASA composta da quattro satelliti a 15 km di distanza e lanciata nel 2015 è una missione all'avanguardia volta a studiare la fisica multiscala della risonanza magnetica.
Onde specchio con increspature come plasma e campi magnetici sono state ampiamente osservate nel sistema solare che sono il prodotto dell'instabilità dello specchio che si verifica in circostanze di anisotropia ad alta temperatura. Nello specifico, quando la temperatura perpendicolare al campo magnetico supera di gran lunga la temperatura parallela, il plasma può facilmente sviluppare l'instabilità dello specchio. Tali caratteristiche di temperatura anisotropa sono chiaramente evidenziate dalle osservazioni MMS che hanno contribuito alla scoperta di onde specchio su piccola scala nel vento solare non viste nelle precedenti missioni spaziali.
Recentemente un gruppo di ricerca guidato dal professor Lin-Ni Hau della National Central University (Taiwan) ha utilizzato i dati del veicolo spaziale MMS della NASA insieme ai modelli teorici per rivelare per la prima volta la geometria complessiva della riconnessione magnetica (MR) con la presenza di un Linea X all'interno del dominio spaziale di 2000 km x 2000 km. Entro 15-30 secondi dall'attraversamento della magnetopausa terrestre, tutti e quattro i veicoli spaziali MMS con una risoluzione temporale eccezionalmente elevata di 0,15 secondi hanno catturato, per la prima volta, le firme delle onde speculari che circondano la linea X.
I due eventi RM si trovano a 70, 000 km e 150, 000 km dalla Terra, rispettivamente, e mostrano caratteristiche comuni di increspature di plasma e campo magnetico nello stagno di MR con i percorsi dei veicoli spaziali a meno di 30 km dalle linee X. La coesistenza di MR e onde specchio è a sostegno della precedente previsione teorica di MR misto e instabilità dello specchio che può produrre processi più drastici di conversione dell'energia e accelerazione del plasma. La nuova scoperta pubblicata nel numero di ottobre di Le Lettere del Giornale Astrofisico (ApJL) di Hau et al. potrebbe aver fatto luce sul possibile meccanismo dei fenomeni di riconnessione magnetica esplosiva che si verificano nello spazio, ambienti di plasma solare e astronomico.