L'illustrazione mostra le missioni spaziali Cluster (sopra) e THEMIS (sotto) che volano attraverso la calamita della terra (regione di confine turbolenta tra il vento solare e la magnetosfera del nostro pianeta)
Per la prima volta, gli scienziati sono stati in grado di determinare la quantità di energia trasferita da una scala grande a una piccola nella calotta della calamita - la regione di confine tra il vento solare e la bolla magnetica protettiva del nostro pianeta. I dati sono stati raccolti da Cluster e THEMIS per diversi anni. L'analisi ha mostrato che la turbolenza è la chiave, rendendo il processo 100 volte più efficiente rispetto al vento solare.
I pianeti del nostro sistema sono lavati dal vento solare - una corrente supersonica di particelle cariche ad alta energia rilasciata dalla stella principale. Diversi pianeti, incluso il nostro, si distinguono perché hanno un campo magnetico - un ostacolo al vento solare.
È il contatto tra il campo magnetico terrestre e il vento stellare che crea la complessa struttura della magnetosfera. Questa è una bolla protettiva che protegge il pianeta dalla maggior parte delle particelle pericolose. Gli scienziati sono stati in grado di studiare a sufficienza i processi fisici nel plasma del vento solare e della magnetosfera. Ma ci sono ancora domande sulla relazione tra questi due media e la regione turbolenta, chiamata magnetosheath.
Per capire come l'energia viene trasmessa dal vento solare alla magnetosfera, è necessario capire cosa sta accadendo nella calamita. Nel vento stellare, la turbolenza influisce sulla dissipazione di energia da scala grande a piccola, dove le particelle del plasma si riscaldano e accelerano a energie più elevate.
Ci sono stati sospetti che lo stesso meccanismo dovrebbe funzionare per la magnetosheath, ma non è stato possibile verificarlo. Il plasma della magnetosfera è più turbolento, è più esposto alle fluttuazioni di densità e più compresso del vento solare. Pertanto, gli scienziati solo negli ultimi anni sono stati in grado di sviluppare limiti teorici per lo studio dei processi fisici in un ambiente simile.
Illustrazione schematica di un processo a cascata di energia in un plasma turbolento visto nella magnetoterra terrestre
Gli scienziati hanno studiato il volume di informazioni ottenute dalle missioni Cluster e THEMIS nel 2007-2011. Applicando gli strumenti teorici appena creati, hanno ottenuto un risultato sorprendente. Si è scoperto che la densità e le fluttuazioni magnetiche causate dalla turbolenza nella magnetosfera aumentano la velocità alla quale l'energia cade da una scala grande a una più piccola 100 volte più efficiente rispetto al vento solare. L'analisi mostra che circa 10-13 J di energia per m 3 vengono trasmessi ogni secondo. Inoltre, i ricercatori hanno ottenuto una correlazione empirica che collega il tasso di dissipazione di energia nella calamita con una quarta potenza di diversa ampiezza utilizzata per studiare il moto dei liquidi (numero di Mach turbolento).
La velocità è difficile da determinare se non vengono utilizzate le sonde spaziali, ma il numero di Mach è più facile da calcolare usando le osservazioni a distanza del plasma astrofisico situato al di fuori dei limiti planetari.
Gli scienziati stanno aspettando un confronto dei loro risultati con le misurazioni del plasma attorno ad altri pianeti solari. Questo è possibile per le missioni di Giunone (Giove) e per i futuri voli per i satelliti di Giove, così come per BepiColombo.
