Piccoli vortici turbolenti riscaldano il vento solare

Utilizzando un gruppo di quattro satelliti della missione Cluster dell’ESA come un microscopio spaziale, gli scienziati hanno ingrandito il vento solare per rivelare i più piccoli dettagli mai studiati, scoprendo piccoli vortici turbolenti che potrebbero giocare un ruolo importante nel suo riscaldamento. La turbolenza è un moto di un fluido in cui le forze viscose non sono sufficienti a contrastare le forze di inerzia. Il moto delle particelle del fluido avviene in maniera caotica, senza seguire traiettorie ordinate.

Un flusso turbolento differisce da un flusso laminare in quanto al suo interno sono presenti strutture vorticose di grandezza e velocità differenti che rendono il flusso non predicibile nel tempo anche se il moto rimane deterministico. Nel flusso di particelle cariche emesse dal Sole, conosciuto come  vento solare – si pensa che la turbolenza svolga un ruolo chiave nel mantenere il suo calore. Come il vento solare si espande, si raffredda, ma in misura minore rispetto a ciò che era stato previsto finora.

La turbolenza deriva da una irregolarità nel flusso di particelle e dalle linee di campo magnetico, ma capire come questa energia venga trasferita, da dove proviene, dove viene dissoluta, è come cercare di rintracciare l’energia che viene trasferita dal flusso laminare e liscio di un fiume fino ai piccoli vortici turbolenti formati sul fondo di una cascata. In un nuovo studio, due di questi quattro satelliti hanno realizzato le osservazioni estremamente dettagliate della turbolenza nel plasma del vento solare.

La missione Cluster è una missione sviluppata dall’Agenzia Spaziale Europea per studiare la magnetosfera della Terra utilizzando quattro satelliti identici che volano in formazione tetraedrica.

Questi satelliti si sono separati alla distanza di circa 20 chilometri in direzione del flusso di plasma e hanno operato in modalità di scatto continuo per scattare 450 foto al secondo. Confrontando i risultati con le simulazioni computerizzate, gli scienziati hanno confermato l’esistenza di corrente elettrica a soli 20 chilometri di diametro, al confine con vortici turbolenti. “Questo risultato dimostra per la prima volta che il plasma del vento solare è estremamente strutturato “, ha spiegato la prima autrice della ricerca Silvia Perri dell’Università della Calabria, Italia.

La regione fra l’onda d’urto stazionaria (il bow shock) e la magnetopausa è detta regione di transizione (magnetosheath). La magnetopausa è una superficie che racchiude al suo interno la magnetosfera e la separa, in prima approssimazione, dal vento solare.

Prima di raggiungere la magnetopausa, il vento solare è decelerato, compresso e riscaldato attraverso un’onda d’urto stazionaria dovuta al fatto che il vento solare fluisce con velocità supersonica rispetto alla Terra.

Ai confini di questi vortici turbolenti il processo di “riconnessione magnetica” è stato rilevato, in base a questo, le linee dirette di campo, contrariamente e spontaneamente, rompono e ristabiliscono la connessione con le altre linee di campo nelle vicinanze, liberando in tal modo la loro energia. “Anche se non abbiamo ancora rilevato le riconnessioni che accadono in queste nuove scale più piccole, è evidente che stiamo osservando una cascata di energia che potrebbe contribuire al riscaldamento globale del vento solare”, ha dichiarato la scienziata italiana.

Le future missioni  come l’ESA Solar Orbiter e il Solar Probe della NASA Plus saranno in grado di determinare se processi simili hanno dei ruoli nelle zone più vicine al Sole.

Solar Orbiter (chiamato anche SOLO) è un satellite per l’osservazione del Sole attualmente in sviluppo presso l’Agenzia Spaziale Europea. Il lancio è previsto per il maggio 2015, mentre il Solar Probe Plus, precedentemente noto semplicemente come Solar Probe, è una delle più importanti sonde spaziali, sviluppate dalla NASA, allo scopo di analizzare attentamente il Sole e il suo vento solare.

Il risultato di questo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Physical Review Letters.