Jan Egedal, professore di fisica all'UW-Madison che ha guidato un'esplorazione della riconnessione magnetica, si trova accanto a una camera utilizzata per esperimenti in quel fenomeno esotico. La riconnessione magnetica sembra essere coinvolta in alcune delle esplosioni più violente dell'universo; il recente studio è stato la visione più chiara della riconnessione magnetica mai misurata nello spazio. I risultati "mi hanno fatto impazzire, " dice. Credito:David Tenenbaum/UW-Madison
I fisici spaziali dell'Università del Wisconsin-Madison hanno appena rilasciato dettagli senza precedenti su un fenomeno bizzarro che alimenta l'aurora boreale, brillamenti solari ed espulsioni di massa coronale (le più grandi esplosioni nel nostro sistema solare).
I dati sulla cosiddetta "riconnessione magnetica" provengono da un quartetto di nuovi veicoli spaziali che misurano radiazioni e campi magnetici nell'orbita terrestre alta.
"Stiamo guardando la migliore immagine mai vista della riconnessione magnetica nello spazio, "dice Jan Egedal, un professore di fisica e autore senior di uno studio in Lettere di revisione fisica . La riconnessione magnetica è difficile da descrivere, ma può essere vagamente definita come la fusione di campi magnetici che rilascia una quantità sorprendente di energia.
La riconnessione magnetica rimane misteriosa, soprattutto perché "infrange la legge standard" che regola le particelle cariche, o plasma, dice Egedal.
Egedal e colleghi hanno studiato le registrazioni del 15 ottobre, 2016, quando il satellite Magnetosphere Multiscale ha attraversato il punto in cui il vento solare incontra il campo magnetico terrestre. "I nostri dati mostrano chiaramente che gli elettroni cessano improvvisamente di seguire i campi magnetici e si allontanano in un'altra direzione, cavatappi e tornitura. Che implora una spiegazione, "dice Egedal.
L'attività ha confermato le descrizioni teoriche della riconnessione magnetica. Ma ha violato la legge standard che regola il comportamento dei plasmi - nuvole di particelle cariche che comprendono, Per esempio, il vento solare. "La 'legge del plasma congelato' dice che gli elettroni e i campi magnetici devono sempre muoversi insieme, e improvvisamente questo non si applica qui, " dice Egedal. "È l'esempio più chiaro mai misurato nello spazio, e mi ha fatto impazzire".
In alto:il movimento degli elettroni nel vento solare è parallelo alla direzione del campo magnetico. In basso:dopo la riconnessione magnetica, gli elettroni perdono il loro allineamento con il campo magnetico terrestre. Credito:UW-Madison
"Le nostre equazioni ti dicono che la riconnessione non può avvenire, ma lo fa, "Egedal dice, "e i nostri risultati ci mostrano quali fattori devono essere aggiunti alle equazioni. Quando la legge viene violata, possiamo ottenere un'esplosione. Anche nel moderato campo magnetico terrestre, la riconnessione da un'area di soli 10 chilometri di diametro può cambiare il movimento del plasma a migliaia di chilometri di distanza".
Negli anni '70, i telescopi in orbita al di sopra del campo magnetico e dell'atmosfera terrestre hanno iniziato a restituire dati sui raggi X e altri tipi di radiazioni non visibili. Piuttosto rapidamente, l'immagine secolare del cielo come una tranquilla cortina di stelle è stata strappata via, rivelando uno zoo di oggetti strani, potenti raggi ed esplosioni catastrofiche.
Tutti avevano bisogno di essere spiegati, e i teorici iniziarono a concentrarsi sulla riconnessione magnetica, che era stato abbozzato nel 1956. Ormai, la riconnessione magnetica è stata collegata a:
"Quasi tutto ciò che sappiamo dell'universo viene dalla luce che ci raggiunge, "dice Cary Forest, anche professore di fisica alla UW-Madison. "Quando uno di questi fantastici telescopi spaziali vede un'enorme esplosione di raggi X che dura solo decine di millisecondi proveniente da un oggetto in una galassia lontana, questa gigantesca esplosione di energia a una distanza così grande potrebbe riflettere un enorme evento di riconnessione".
Ma c'è di più, Foresta aggiunge. "Quando le stelle di neutroni si fondono ed emettono raggi X, questa è la riconnessione magnetica. Con questi avanzati telescopi orbitanti, quasi tutto ciò che è interessante, che si spegne all'improvviso, probabilmente ha qualche importante elemento di riconnessione alla radice."
La riconnessione magnetica è anche alla base delle aurore a entrambi i poli, dice Egedal. Quando si verifica la riconnessione sul lato verso il sole della Terra, come si è visto nel recente studio, "cambia l'energia magnetica nel sistema. Questa energia migra verso il lato notturno, e lì succede la stessa cosa, particelle in accelerazione ai poli, formare le aurore".
Oltre a offrire informazioni sul ruolo della riconnessione magnetica nelle esplosioni celesti, eruzioni ed emissioni straordinarie di energia, le osservazioni hanno un lato pratico in termini di meteorologia spaziale:le esplosioni di materia carica dal sole possono danneggiare i satelliti e persino le apparecchiature elettriche a terra. Dopo un brillamento solare nel 1989, Per esempio, l'intero sistema energetico del Quebec si è oscurato dopo aver raccolto un impulso di energia dallo spazio. "Attraverso gli Stati Uniti da costa a costa, oltre 200 problemi alla rete elettrica sono scoppiati pochi minuti dall'inizio della tempesta magnetica del 13 marzo, " ha scritto la Nasa.
Oggi, note di bosco, i moderni sistemi di utilità contengono interruttori per interrompere il ciclo di conduttori che potrebbero diventare antenne che raccolgono un impulso problematico dal sole.
"Se comprendiamo meglio la riconnessione, forse possiamo migliorare le previsioni del tempo spaziale, " dice Egedal. "Possiamo guardare il sole per prevedere cosa potrebbe accadere in due o quattro giorni, che è quanto tempo impiega il vento del sole per raggiungere la Terra."
