Quando le particelle solari in rapido movimento colpiscono il campo magnetico terrestre, hanno innescato reazioni che potrebbero disturbare i satelliti di comunicazione e le reti elettriche. Ora, gli scienziati del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno appreso nuovi dettagli di questo processo che potrebbero portare a previsioni migliori di questo cosiddetto tempo spaziale.

I risultati indicano come queste esplosioni regolari di particelle in rapido movimento provenienti dal sole interagiscono con i campi magnetici che circondano la Terra in una regione nota come magnetosfera. Durante queste effusioni solari, le linee del campo magnetico solare e terrestre si scontrano. Le linee di campo si rompono e poi si riattaccano, rilasciando enormi quantità di energia in un processo noto come riconnessione magnetica. Quell'energia si disperde attraverso la magnetosfera e nell'atmosfera superiore della Terra.

I veicoli spaziali e l'informatica forniscono approfondimenti

Gli scienziati hanno sviluppato un programma per computer, o algoritmo, per rilevare automaticamente strutture simili a bolle chiamate "plasmoidi" nei dati raccolti dalla magnetosfera. Il programma ha analizzato le informazioni raccolte dalla missione Magnetospheric Multiscale (MMS) della NASA, un gruppo di quattro veicoli spaziali lanciati nel 2015 per studiare la riconnessione nella magnetosfera.

"Il modo esatto in cui inizia la riconnessione e rilascia energia è ancora una domanda aperta, "ha detto Kendra Bergstedt, uno studente laureato al Princeton Program in Plasma Physics presso PPPL e autore principale dell'articolo che riporta i risultati in Lettere di ricerca geofisica . "Ottenere una migliore comprensione di questo processo potrebbe aiutarci a prevedere come le tempeste solari ci influenzano qui sulla Terra. Potremmo anche avere una visione migliore di come la riconnessione influisce sulle reazioni di fusione". Inoltre, la riconnessione magnetica è rilevante per l'energia di fusione, la forza che guida il sole e le stelle, che PPPL sta studiando nel tentativo di duplicare.

Il programma per computer cerca modelli nei dati ed evita incongruenze che potrebbero verificarsi se la ricerca di modelli fosse stata condotta da individui. "Una persona potrebbe guardare i dati e pensare che sia una particolare struttura plasmoide mentre qualcun altro potrebbe guardarla e non essere d'accordo, " ha detto Bergstedt.

"Utilizzando un algoritmo con criteri rigorosi, siamo in grado di dire con precisione come abbiamo classificato ogni struttura e perché. C'è ancora qualche pregiudizio, dal momento che l'algoritmo è stato scritto da un essere umano con un'idea soggettiva di ciò che costituiva una struttura, ma utilizzando un algoritmo quel pregiudizio potrebbe essere più facilmente evidenziato e criticato".

I risultati gettano nuova luce sull'emergere dell'energia delle particelle. "C'è un dibattito in corso su quali parti della regione di riconnessione contribuiscono maggiormente all'energizzazione delle particelle e come, " ha detto Bergstedt. "Abbiamo scoperto che i plasmoidi su scala più piccola che abbiamo studiato nella regione di riconnessione non hanno dato un grande contributo all'energia totale impartita dai campi magnetici alle particelle".

Questa scoperta è stata una sorpresa. "Ci aspettavamo tutti che la maggior parte dell'energia sarebbe avvenuta in questi plasmoidi, che sono al centro sia della missione MMS che del Magnetic Reconnection Experiment (MRX) di PPPL, " disse Hantao Ji, fisico al PPPL e consulente per il progetto di ricerca del primo anno di Bergstedt, che ha generato questo documento. "Questi risultati hanno fortemente motivato la Facility for Laboratory Reconnection Experiment (FLARE), il nostro esperimento successivo che ha lo scopo di generare la riconnessione magnetica in questi nuovi regimi con molte più strutture e tutte le turbolenze intermedie".

I risultati sono stati notevoli perché la fisica è così complessa. Mentre gli scienziati hanno compiuto progressi significativi nella comprensione della riconnessione, c'è ancora molto da imparare. "E capire la connessione tra turbolenza e riconnessione è ancora più difficile, " disse Jongsoo Yoo, un fisico PPPL e coautore dell'articolo. "Kendra ha fatto un buon lavoro ottenendo alcune nuove intuizioni sul processo."

Poiché la sua analisi è stata applicata solo a una regione limitata della magnetosfera, Bergstedt spera che l'algoritmo verrà utilizzato per studiare altre regioni. "È stata sia una benedizione che una maledizione che ho guardato una regione così piccola, " ha detto. "È una benedizione perché posso guardare questo sistema nel suo insieme e non confrontare i fenomeni in questa regione con i fenomeni in un'altra regione".