I venti solari che colpiscono la Terra sono più caldi di quanto dovrebbero essere e possiamo finalmente sapere perché

Sappiamo che le particelle che formano il plasma dell’eliosfera del Sole si raffreddano mentre si diffondono. Il problema è che sembrano prendersi il loro dolce tempo per farlo, abbassando la temperatura molto più lentamente di quanto prevedano i modelli. “I ricercatori studiano 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 pensavano che il vento solare dovesse raffreddarsi molto rapidamente mentre si espandeva dal Sole, ma le misurazioni satellitari mostrano che quando raggiunge la Terra, la sua temperatura è 10 volte più grande del previsto.” Il team di ricerca ha utilizzato le apparecchiature di laboratorio per studiare il plasma in movimento e ora pensa che la risposta al problema risieda in un mare intrappolato di elettroni che non riesce proprio a sfuggire alla presa del Sole. Il processo di espansione stesso è stato a lungo considerato 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 scivoli dentro o fuori dal flusso di particelle. Sfortunatamente, il viaggio di un elettrone è tutt’altro che semplice, trascinato in balia di vasti campi magnetici. Questo caos offre molte opportunità per far passare il calore avanti e indietro:

Solo per complicare ulteriormente le cose, grazie alla sua piccola massa, gli elettroni ottengono un buon vantaggio sugli ioni più pesanti mentre si diffondono dall’atmosfera del Sole, lasciando una nuvola di particelle ampiamente positiva sulla loro scia. Alla fine l’attrazione crescente tra le due cariche opposte prende il sopravvento sull’inerzia di quegli elettroni volanti, riportandoli sulla linea di partenza dove i campi magnetici ancora una volta creano il caos con i loro percorsi. “Tali elettroni di ritorno vengono riflessi in modo da allontanarsi dal Sole, ma di nuovo non possono fuggire a causa della forza elettrica attraente del Sole”, afferma Boldyrev. “Quindi, il loro destino è di rimbalzare avanti e indietro, creando una vasta popolazione di cosiddetti elettroni intrappolati.” Boldyrev e la sua squadra riconobbero un gioco simile di ping-pong elettronico che si svolgeva nel loro laboratorio, all’interno di un apparato comunemente usato per studiare il plasma chiamato macchina a specchio. Le macchine mirror in realtà non contengono mirror. Conosciuti anche come specchi magnetici o trappole magnetiche, questi dispositivi di fusione lineari sono poco più che tubi lunghi con un collo di bottiglia alle due estremità:

La loro natura riflettente viene creata come flussi di plasma che passano attraverso il pizzico della bottiglia alle due estremità, alterando i campi magnetici circostanti in modo tale che le particelle all’interno del flusso si riflettano nuovamente 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 capire come la temperatura degli elettroni che fuoriescono dalla bottiglia diminuisce al di fuori di questa apertura.” Per Boldyrev ed il suo team, quegli elettroni che perdono possono essere studiati per capire meglio cosa sta succedendo con il nostro stesso vento solare. Lui e i suoi colleghi suggeriscono alla popolazione di elettroni intrappolati come degli yo-yo avanti e indietro svolgono un ruolo importante nel modo in cui gli elettroni distribuiscono la loro energia termica, modificando 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 dell’elettrone 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 .