I risultati appena pubblicati di un esperimento del 2021 condotto da uno scienziato dell’Università dell’Alaska Fairbanks hanno iniziato a rivelare i processi a livello di particelle che creano il tipo di aurore che danzano rapidamente attraverso il cielo.
L’esperimento di trasporto di energia e slancio su scala cinetica – KiNET-X – è decollato dalla Wallops Flight Facility della NASA in Virginia il 16 maggio 2021, negli ultimi minuti dell’ultima notte della finestra di lancio di nove giorni.
L’analisi dei risultati dell’esperimento da parte del professore dell’UAF Peter Delamere è stata pubblicata il 19 novembre nel Fisica dei Plasmi.
“Le luci abbaglianti sono estremamente complicate”, ha detto Delamere. “Stanno succedendo molte cose lì dentro, e molte cose stanno accadendo nell’ambiente spaziale della Terra che danno origine a ciò che osserviamo.
“Comprendere la causalità nel sistema è estremamente difficile, perché non sappiamo esattamente cosa sta succedendo nello spazio che dà origine alla luce che osserviamo nell’aurora”, ha detto. “KiNET-X è stato un esperimento di grande successo che rivelerà ulteriori segreti dell’aurora”.
Uno dei più grandi razzi sonda della NASA è volato sopra l’Oceano Atlantico nella ionosfera e ha rilasciato due contenitori di termite di bario. I contenitori furono poi fatti esplodere, uno a circa 249 miglia di altezza e l’altro 90 secondi dopo lungo la traiettoria discendente a circa 186 miglia, vicino alle Bermuda. Le nubi risultanti sono state monitorate a terra alle Bermuda e da un aereo di ricerca della NASA.
L’esperimento mirava a replicare, su scala minuscola, un ambiente in cui la bassa energia del vento solare diventa l’alta energia che crea le tende scintillanti e in rapido movimento conosciute come l’aurora discreta. Attraverso KiNET-X, Delamere e colleghi dell’esperimento sono più vicini alla comprensione di come gli elettroni vengono accelerati.
“Abbiamo generato elettroni energizzati”, ha detto Delamere. “Semplicemente non ne abbiamo generati abbastanza per creare un’aurora, ma nell’esperimento era presente la fisica fondamentale associata all’energizzazione degli elettroni.”
L’esperimento mirava a creare un’onda Alfvén, un tipo di onda che esiste nei plasmi magnetizzati come quelli che si trovano nell’atmosfera esterna del sole, nella magnetosfera terrestre e in altre parti del sistema solare. Anche i plasmi, una forma di materia composta in gran parte da particelle cariche, possono essere creati in laboratori ed esperimenti come KiNET-X.
Le onde di Alfvén hanno origine quando i disturbi nel plasma influenzano il campo magnetico. I disturbi del plasma possono essere causati in vari modi, ad esempio attraverso l’improvvisa iniezione di particelle provenienti dai brillamenti solari o dall’interazione di due plasmi con densità diverse.
KiNET-X ha creato un’onda Alfvén disturbando il plasma ambientale con l’iniezione di bario nell’atmosfera più alta.
La luce solare ha convertito il bario in un plasma ionizzato. Le due nubi di plasma hanno interagito, creando l’onda Alfvén.
Quell’onda di Alfvén creò istantaneamente linee di campo elettrico parallele alle linee di campo magnetico del pianeta. E, come teorizzato, quel campo elettrico accelerava significativamente gli elettroni sulle linee del campo magnetico.
“Ha dimostrato che la nuvola di plasma di bario si è accoppiata e ha trasferito energia e quantità di moto al plasma ambientale per un breve momento”, ha detto Delamere.
Il trasferimento si è manifestato come un piccolo fascio di elettroni di bario accelerati diretti verso la Terra lungo la linea del campo magnetico. Il raggio è visibile solo nei dati della linea del campo magnetico dell’esperimento.
“È analogo a un fascio aurorale di elettroni”, ha detto Delamere.
Lo chiama il “punto dati d’oro” dell’esperimento.
L’analisi del raggio, visibile solo come diverse sfumature di pixel verdi, blu e gialli nelle immagini dei dati di Delamere, può aiutare gli scienziati a capire cosa sta succedendo alle particelle per creare l’aurora boreale danzante.
I risultati finora mostrano un progetto di successo, che può anche consentire di raccogliere maggiori informazioni dagli esperimenti precedenti.
“Si tratta di provare a mettere insieme l’intero quadro utilizzando tutti i dati prodotti e le simulazioni numeriche”, ha affermato Delamere.
Hanno partecipato anche tre studenti dell’UAF che stavano svolgendo il loro dottorato di ricerca presso l’Istituto Geofisico dell’UAF. Matthew Blandin ha supportato le operazioni ottiche presso la Wallops Flight Facility, Kylee Branning ha utilizzato le telecamere su un aereo della NASA Gulfstream III fuori dal Langley Research Center, sempre in Virginia, e Nathan Barnes ha assistito con la modellazione computerizzata a Fairbanks.
L’esperimento ha coinvolto anche ricercatori e attrezzature del Dartmouth College, dell’Università del New Hampshire e della Clemson University.
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