In un angolo invisibile ma fondamentale dell’atmosfera terrestre si gioca una partita tra elettroni e forze magnetiche, un “flipper cosmico” che gli scienziati stanno appena iniziando a comprendere. Gli “elettroni killer”, particelle ad altissima energia, orbitano intrappolati nelle fasce di radiazione intorno alla Terra e i fulmini possono sconvolgere questa quiete cosmica. Un singolo fulmine può innescare una sorta di pioggia elettronica che scuote l’equilibrio magnetico, creando una danza turbolenta di elettroni che mette in pericolo i satelliti, le strumentazioni in orbita e anche gli astronauti.
Cosa sono gli elettroni killer
Gli elettroni killer sono particelle cariche di energia contenute nelle fasce di radiazione, due anelli di particelle ad alta energia che circondano la Terra. Questi elettroni viaggiano quasi alla velocità della luce e sono così potenti da poter attraversare i materiali di protezione dei satelliti e danneggiarne i circuiti interni. In missioni spaziali possono persino risultare pericolosi per la salute degli astronauti dato che attraversano i tessuti corporei e aumentano il rischio di danni cellulari. A circa 600 chilometri dalla superficie terrestre inizia la fascia interna, mentre quella esterna si estende fino a circa 19.000 chilometri.
Solitamente queste particelle restano confinate nelle fasce di radiazione grazie alla magnetosfera terrestre, una sorta di bolla magnetica che protegge la Terra dalle radiazioni spaziali. Potrebbero comunque verificarsi delle “piogge elettroniche” che spingono queste particelle verso la Terra, scatenando fenomeni atmosferici e mettendo in pericolo le strumentazioni nello spazio. Anche se finora si era osservata la discesa di particelle a bassa energia, un nuovo studio dimostra che anche gli elettroni ad alta energia possono “piovere” dalla fascia interna a seguito di eventi atmosferici come i fulmini.
Cos’è il flipper cosmico
Il “flipper cosmico” è una metafora perfetta per descrivere ciò che accade quando un fulmine colpisce la Terra. Un singolo lampo di luce, attraverso onde radio ad alta frequenza, scatena una reazione a catena che si propaga fino alla fascia interna delle radiazioni. Qui le onde radio colpiscono gli elettroni ad alta energia, dislocandoli dalla loro orbita e causandone la “caduta” verso la Terra. Questo fenomeno viene chiamato “precipitazione elettronica indotta da fulmini”, o più semplicemente “pioggia di elettroni”.
Durante il percorso verso la Terra, gli elettroni dislocati oscillano tra i poli magnetici della Terra, rimbalzando freneticamente in un movimento simile a quello della pallina di un flipper. In questo frenetico passaggio alcuni elettroni riescono a sfuggire alla presa della magnetosfera, piombando verso la superficie terrestre in meno di un secondo dal momento in cui il fulmine colpisce il suolo. La loro traiettoria è simile a quella di un flipper che attraversa le barriere spaziali. In poche frazioni di secondo la loro energia si dissipa, dando vita a un lampo elettronico che poi si dissolve gradualmente.
Gli scienziati dell’Università del Colorado Boulder hanno scoperto il legame tra fulmini ed elettroni killer quasi per caso, studiando i dati satellitari raccolti da SAMPEX, un satellite NASA non più in uso. Osservando degli aumenti improvvisi di elettroni ad alta energia, i ricercatori hanno confrontato questi picchi con i dati sui fulmini registrati in Nord America. Hanno così trovato una correlazione diretta tra fulmini e pioggia di elettroni: circa un secondo dopo un fulmine, nelle fasce di radiazione si verifica un picco di elettroni ad alta energia.
Il fenomeno sembra essere collegato anche ai cicli di attività solare. Quando il Sole è particolarmente attivo emette più particelle cariche che vengono catturate dalle fasce di radiazione, incrementando la densità di elettroni ad alta energia intorno alla Terra e rendendo più probabili eventi di pioggia elettronica indotta da fulmini.
Conoscere meglio il “flipper cosmico” potrebbe permettere agli scienziati di prevedere e prevenire i danni causati da scariche di elettroni killer, proteggendo le missioni spaziali da queste minacce invisibili che si amplificano durante una tempesta solare, quando il magnetismo terrestre si trova sotto pressione.
