Venti Solari colpiscono la Terra: più caldi di quanto dovrebbero essere.

Il nostro pianeta è costantemente bagnato dai venti che escono dalla sfera infuocata al centro del nostro Sistema Solare. Ma anche se il Sole stesso è così incredibilmente caldo, una volta che i venti solari colpiscono la Terra, sono più caldi di quanto dovrebbero essere e finalmente sappiamo perché.

Le particelle che compongono il plasma dell’eliosfera del Sole si raffreddano mentre si diffondono. Il problema è che sembrano impiegare del tempo per farlo, abbassando la temperatura molto più lentamente di quanto previsto dai modelli. “La gente ha studiato il vento solare dalla sua scoperta nel 1959, ma ci sono molte proprietà importanti di questo plasma che non sono ancora ben comprese”, afferma il fisico Stas Boldyrev dell’Università del Wisconsin-Madison.

“Inizialmente, i ricercatori hanno pensato che il vento solare si raffreddasse molto rapidamente mentre si espandeva dal Sole, ma le misurazioni satellitari mostrano che quando raggiunge la Terra, la sua temperatura è 10 volte superiore al previsto“. Il team di ricerca ha utilizzato attrezzature di laboratorio per studiare il plasma in movimento e ora crede che la risposta al problema risieda in un mare intrappolato con elettroni che non riescono a sfuggire alla morsa del Sole.

È stato a lungo ipotizzato che il processo di espansione stesso sia soggetto a leggi adiabatiche, un termine che significa semplicemente che l’energia termica non viene aggiunta o rimossa da un sistema. Ciò mantiene i numeri gradevoli e semplici, ma presuppone che non vi siano luoghi in cui l’energia entri o lasci il flusso di particelle.

Sfortunatamente, il viaggio di un elettrone è tutt’altro che semplice, spinto in balia di vasti campi magnetici come le montagne russe dall’inferno. Questo caos lascia molte opportunità al calore di passare da una parte all’altra. Per complicare ulteriormente le cose, grazie alla loro piccola massa, gli elettroni ottengono un buon vantaggio sugli ioni più pesanti quando escono dall’atmosfera del Sole, lasciando una nuvola in gran parte positiva di particelle sulla loro scia.

Venti Solari colpiscono la Terra: più caldi di quanto dovrebbero essere.

Alla fine, la crescente attrazione tra le due cariche opposte prende il sopravvento sull’inerzia di quegli elettroni volanti, riportandoli sulla linea di partenza dove i campi magnetici provocano nuovamente il caos lungo i loro percorsi. “Tali elettroni di ritorno vengono riflessi lontano dal Sole, ma di nuovo non possono sfuggire a causa della forza elettrica attraente del Sole”, afferma Boldyrev. “Pertanto, il loro destino è di rimbalzare avanti e indietro, creando una vasta popolazione dei cosiddetti elettroni intrappolati”.

Boldyrev e il suo team hanno riconosciuto un simile gioco elettronico di ping-pong nel proprio laboratorio, all’interno di un apparato di studio del plasma comunemente usato chiamato specchio magnetico. Le macchine mirror in realtà non contengono alcun specchio. Almeno, non il tipo brillante e familiare. Conosciuti anche come specchi magnetici o trappole magnetiche, questi dispositivi di fusione lineari sono poco più che tubi lunghi con un collo di bottiglia ad ogni estremità. La loro natura riflettente viene creata quando le correnti del plasma passano attraverso la bottiglia ad ogni estremità, alterando i campi magnetici circostanti in modo tale che le particelle all’interno della corrente vengano riflesse all’interno.

“Ma alcune particelle possono sfuggire e, quando lo fanno, scorrono lungo linee di campo magnetico in espansione all’esterno della bottiglia”, afferma Boldyrev. “Poiché i fisici vogliono mantenere questo plasma molto caldo, vogliono scoprire come diminuisce la temperatura degli elettroni che fuoriescono dalla bottiglia all’esterno di questa apertura”.

I ricercatori suggeriscono che nella popolazione di elettroni intrappolati lo yo-yo gioca un ruolo importante nel modo in cui gli elettroni distribuiscono la loro energia termica, cambiando le distribuzioni tipiche delle velocità e delle temperature delle particelle in modo prevedibile.

“Si scopre che i nostri risultati concordano molto bene con le misurazioni del profilo di temperatura del vento solare e possono spiegare perché la temperatura degli elettroni diminuisce con la distanza così lentamente”, afferma Boldyrev.

Trovare una tale corrispondenza tra le figure della macchina a specchio e ciò che vediamo nello spazio suggerisce che potrebbero esserci altri fenomeni solari che vale la pena studiare in questo modo. Questa ricerca è stata pubblicata nel PNAS.