In un giorno di tempesta solare nel novembre 2018, 13 veicoli spaziali, inclusa la missione Cluster dell’ESA, erano nel posto giusto al momento giusto per individuare un processo che non era mai stato visto prima nella sua interezza. Le loro osservazioni spiegano come i vortici ai margini della magnetosfera terrestre possano far sì che perle aurorali punteggino il cielo centomila chilometri più in basso.
Questa connessione tra le perle aurorali che appaiono sul “lato diurno” della Terra (ossia il lato rivolto verso il Sole) e i vortici conferma una teoria su come si formano queste aurore uniche – conosciute come perle perché sembrano un filo di perle appeso nel cielo. Mentre alcuni veicoli spaziali hanno osservato i vortici stessi, altri hanno visto che un flusso di particelle cariche usava i vortici come punti di accesso per scavare un tunnel verso la superficie terrestre, facendo brillare il cielo.
La magnetosfera è la difesa della Terra contro le particelle cariche e le radiazioni emesse nella nostra direzione dal Sole, ciò che è noto come vento solare. Questa difesa assume la forma di una gigantesca bolla magnetica a forma di scudo rivolto verso il Sole. Il 6 novembre 2018, 12 veicoli spaziali si trovavano tutti vicino alla magnetopausa – il sottile confine sul bordo esterno della magnetosfera – sul lato notturno della Terra, dove la magnetosfera si allunga in una coda.
Tra i 12 veicoli spaziali situati vicino alla magnetosfera, c’erano i quattro che compongono la missione Cluster dell’ESA, così come i quattro veicoli spaziali Magnetospheric Multiscale (MMS) della NASA e tre veicoli spaziali Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms (THEMIS) e Geotail della JAXA. Inoltre, un satellite del Defence Meteorological Satellite Program (DMSP) degli Stati Uniti ha osservato le perle aurorali da vicino alla superficie terrestre.
“Questa scoperta mostra che il veicolo spaziale Cluster fa parte di una “orchestra magnetosferica” di missioni che insieme consentono una scienza extra che non è possibile ottenere con ciascuna missione individualmente”, spiega Philippe Escoubet, project scientist di Cluster dell’ESA.
I vortici – che sono stati originariamente rilevati da Cluster – si formano quando il vento solare soffia oltre la magnetopausa. Proprio come il vento sulla Terra può sollevare oceani e nuvole, il vento solare può arrotolare la magnetopausa in onde giganti composte da vortici. Quando un vortice raggiunge determinate dimensioni, gli elettroni del vento solare vorticano attorno al suo centro, prima di entrare nella magnetosfera, viaggiare verso la Terra e raggiungere la sua alta atmosfera. Qui gli elettroni si scontrano con idrogeno, ossigeno e azoto, facendoli brillare e formando una perla aurorale nel cielo. Queste perle rotonde, una per ogni vortice, appaiono in gruppi che si susseguono nel cielo. Ciò è in contrasto con le aurore “normali” che sono più piatte, più allungate e non così ben organizzate.
“È fantastico utilizzare missioni multi-satellite per stabilire connessioni tra le dinamiche ai margini della magnetosfera e ciò che vediamo nella ionosfera molto al di sotto”, afferma Steven Petrinec, autore principale dello studio, che è stato recentemente pubblicato su Frontiers in Astronomy and Space Science.
Da quando Cluster è stato lanciato il 16 luglio 2000, ha rivelato una miriade di dettagli interessanti sulla magnetosfera e la sua interazione con il vento solare. Facendo l’indagine più dettagliata finora su come il Sole e la Terra interagiscono, Cluster ci sta aiutando a prepararci per gli effetti delle improvvise esplosioni di energia solare qui sulla Terra. “Cluster opera da quasi 22 anni. All’inizio era una delle poche missioni ad osservare la magnetosfera, quindi stavamo principalmente confrontando i quattro veicoli spaziali tra loro. Ma oggi possiamo confrontare i loro dati con quelli di altre missioni, come MMS e THEMIS”, continua Escoubet.
Questa ricerca dimostra l’importanza di molteplici veicoli spaziali diversi, ciascuno con il proprio complemento di strumenti scientifici, che monitorano gli stessi eventi da diversi punti di vista. Simon Wing, coautore dello studio, osserva: “questo studio sottolinea anche l’importanza di collegare queste osservazioni multi-veicolo spaziale con la teoria. In questo caso, utilizzando le osservazioni multipunto alla magnetopausa, la teoria è in grado di prevedere la dimensione delle perle aurorali osservate dai satelliti DMSP nell’alta atmosfera”.
