Il geofisico dell’Università di Tohoku Yuto Katoh ha condotto uno studio sull’attività degli elettroni ad alta energia e ha chiarito il ruolo inaspettato del campo geomagnetico che circonda la Terra nella protezione.
Comprendere la ionosfera in alto nell’atmosfera terrestre è importante a causa dei suoi effetti sui sistemi di comunicazione, sui satelliti e sulle caratteristiche chimiche cruciali, incluso lo strato di ozono. Nuove intuizioni sull’attività degli elettroni ad alta energia sono arrivate da uno studio di simulazione condotto dal geofisico Yuto Katoh della Tohoku University, riportato sulla rivista Terra, pianeti e spazio.
“I nostri risultati chiariscono il ruolo inaspettato del campo geomagnetico che circonda la Terra nel proteggere l’atmosfera dagli elettroni ad alta energia”, afferma Katoh.
La ionosfera è una vasta regione compresa tra circa 60 e più di 600 chilometri sopra la superficie terrestre. Contiene particelle elettricamente cariche che sono una miscela di ioni ed elettroni liberi generati dall’interazione dell’atmosfera con la radiazione solare.
Le regioni polari della ionosfera sono soggette a un flusso particolarmente costante ed energico di elettroni in arrivo in un processo chiamato precipitazione elettronica. Questi elettroni “relativistici” si muovono a una velocità prossima a quella della luce, dove gli effetti della teoria della relatività di Einstein diventano sempre più significativi. Si scontrano con le molecole di gas e contribuiscono a molti fenomeni nella ionosfera, comprese le colorate manifestazioni aurorali. I processi sono fortemente influenzati dagli effetti del campo geomagnetico sulle particelle cariche coinvolte.
Il team di Tohoku, con colleghi in Germania e altre istituzioni in Giappone, ha sviluppato un sofisticato codice software che ha focalizzato particolare attenzione sulla simulazione degli effetti di una “forza speculare” relativamente non studiata sulla precipitazione degli elettroni. Ciò è causato dalla forza magnetica che agisce sulle particelle cariche sotto l’influenza del campo geomagnetico.
Le simulazioni hanno dimostrato come la forza dello specchio faccia rimbalzare verso l’alto gli elettroni relativistici, in misura dipendente dagli angoli a cui arrivano gli elettroni. Gli effetti previsti significano che gli elettroni si scontrano con altre particelle cariche più in alto nella ionosfera di quanto si sospettasse in precedenza.
Illustrando un esempio del significato di questo lavoro, Katoh commenta: “Gli elettroni in precipitazione che riescono a passare attraverso la forza dello specchio possono raggiungere la media e la bassa atmosfera, contribuendo alle reazioni chimiche legate alle variazioni dei livelli di ozono”. La diminuzione dei livelli di ozono ai poli causata dall’inquinamento atmosferico riduce la protezione che l’ozono offre agli organismi viventi dalle radiazioni ultraviolette.
Katoh sottolinea che il principale progresso teorico della ricerca sta nel rivelare il significato sorprendente del campo geomagnetico e della forza dello specchio nel proteggere la bassa atmosfera dagli effetti delle attività di precipitazione degli elettroni tenendoli più lontani.
“Ora abbiamo avviato un progetto per combinare gli studi di simulazione utilizzati in questo lavoro con osservazioni reali della ionosfera polare per costruire una comprensione ancora più profonda di questi processi geofisici cruciali”, afferma Katoh.
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