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Increspature sul bordo dell’eliosfera, nuovo studio al confine del Sistema Solare

Ai confini del Sistema Solare la forma dell'eliosfera cambierebbe in modo considerevole generando delle increspature sulla scala di decine di unità astronomiche e segnando il confine con lo spazio interstellare

Categorie Astronomia · SpaceMix
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Il sistema solare è racchiuso in una bolla chiamata eliosfera e, grazie al Sole, si ha l’emissione costante di particelle cariche sottoforma di vento solare. Questo si propaga a circa quattro volte la distanza di Nettuno, portando con sé il campo magnetico del Sole. Dati recenti provenienti dai veicoli spaziali in orbita attorno alla Terra hanno rivelato delle vere e proprie increspature nell’eliopausa. Si tratterebbero di regioni mutevoli dello spazio che segnano uno dei confini tra lo spazio all’interno del Sistema Solare e lo spazio interstellare.

Posizione delle sonde Voyager 1 e Voyager 2 della NASA, al di fuori dell’eliosfera, una bolla protettiva creata dal Sole che si estende ben oltre l’orbita di Plutone Crediti: NASA/JPL-Caltech

L’eliosfera: di cosa si tratta

L’eliosfera è il risultato di una specifica radiazione del Sole che emette costantemente delle particelle cariche e costituisce il vento solare. La propagazione del vento solare, sottoforma di flusso supersonico costante di plasma ionizzato, soffia oltre i pianeti e la fascia di Kuiper. Si esaurisce nel grande vuoto tra le stelle e, per milioni di anni luce, trasporta il campo magnetico del Sole. Di fondamentale importanza, la radiazione prodotta dall’eliosfera è in grado di proteggerci dalle radiazioni spaziali, quelle cioè oltre i confini.

Gli strati dell’eliosfera

Al di là della sua forma ancora discussa, gli scienziati sono concordi sul fatto che l’eliosfera sia formata da strati. Tutti i principali pianeti del nostro Sistema Solare si trovano nello strato più interno dell’eliosfera. Qui, il vento solare esce dal Sole a piena velocità a circa 1600000km/h e non è influenzato dalla pressione della galassia. Successivamente si distinguono i seguenti strati:

  • Shock di terminazione: il confine esterno dello strato centrale. Qui il flusso scende al di sotto della velocità alla quale le onde sonore possono viaggiare attraverso il mezzo interstellare diffuso.
  • Heliosheath: oltre lo shock di terminazione il vento solare si muove più lentamente e devia mentre affronta la pressione del mezzo interstellare esterno.
  • Eliopausa: segna il confine netto e definitivo del plasma tra il Sole e il resto della galassia.I campi magnetici dei venti solare e interstellare si spingono l’uno contro l’altro e le pressioni interne ed esterne sono in equilibrio.
  • Heliosheath esterno: la regione appena oltre l’eliopausa è ancora influenzata dalla presenza dell’eliosfera.

Come mappare l’eliopausa

Oltre alle sonde Voyager, è presente nell’orbita terrestre l’Interstellar Boundary Explorer ( IBEX ) della NASA. IBEX misura atomi neutri energizzati, che vengono creati quando il vento solare del Sole si scontra con il vento interstellare al confine del Sistema Solare. Alcuni di questi atomi vengono catapultati più lontano nello spazio, mentre altri vengono scagliati sulla Terra.

Il carico utile su IBEX è semplice, contiene una singola unità elettronica combinata e due sensori, IBEX–Hi e IBEX–Lo Credits: SwRI/IBEX

Una volta presa in considerazione la forza del vento solare che li ha prodotti, le particelle neutre energizzate che ritornano sulla nostra strada possono essere utilizzate per mappare la forma del confine. Lo strumento ha aiutato gli scienziati a mappare l’eliopausa da quando ha iniziato le operazioni nel 2009.

Mappa tridimensionale del confine tra il Sistema solare e lo spazio interstellare, una regione nota come eliopausa. Credits: Los Alamos National Laboratory

La scoperta delle increspature nell’eliosfera

Il team di scienziati guidato dall’astrofisico Eric Zirnstein dell’Università di Princeton è riuscito a mappare la struttura dell’eliosfera su scala molto più breve, rispetto a quanto fatto negli anni precedenti. Si è ottenuta così un’ istantanea più dettagliata della forma dello shock di terminazione e dell’eliopausa. La misurazione si è basata sull’evoluzione della pressione del vento solare e delle emissioni energetiche di atomi neutri. Questi hanno portato a un livellamento del confine sia nello spazio che nel tempo. La novità? Sono state trovate enormi increspature sulla scala di decine di unità astronomiche.

Zoom into heliosphere from Milky Way.
Credits Nasa

La nascita delle increspature ai margini

Si ritiene che il fronte di pressione abbia raggiunto lo shock di terminazione nel 2015. Sarebbe stata quindi inviata un’onda di pressione, nota come elioguaina interna, attraverso la regione tra lo shock di terminazione e l’eliopausa. In seguito si sarebbe formata un’onda riflessa che, tornando indietro, si sarebbe scontrata con il flusso ancora in arrivo di plasma carico dietro il fronte di pressione. Studiando la conseguenza di tali effetti, nascerebbe una tempesta di atomi neutri energetici pronti a riempire l’elioguaina interna al ritorno dell’onda riflessa dallo shock di terminazione. Le misurazioni del team mostrano anche uno spostamento piuttosto significativo nella distanza dall’eliopausa.

Credits Oblique and rippled heliosphere structures from the Interstellar Boundary Explorer, Nature Astronomy

Lo studio attraverso le simulazioni

La ricerca ha eseguito modelli e simulazioni per stabilire in che modo il vento solare ad alta pressione abbia interagito con il confine del Sistema Solare. Le misurazioni suggeriscono che la forma dell’eliopausa cambia e in modo considerevole. Nel 2025 una nuova sonda sarà inviata nello spazio per misurare l’emissione di atomi neutri energetici con maggiore precisione e in un intervallo di energia più ampio. Questo dovrebbe aiutare a rispondere ad alcune delle domande sulla bolla increspata che protegge il nostro Sistema Solare. Gli esperti suggeriscono che le increspature sono associate a cambiamenti nella forma dell’eliopausa.

Rendering 3D dell’eliopausa. Le enormi increspature. Credits: Zirnstein et al., Nat. Astron., 2022

FONTI VERIFICATE

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