I flussi di elettroni nelle fasce di radiazione della Terra derivano dalle interazioni dei raggi cosmici con gli atomi negli strati superiori dell'atmosfera del pianeta, "eliminando" i neutroni da essi, secondo un articolo pubblicato sulla rivista Nature.
“Per la prima volta, siamo stati in grado di rilevare la creazione di questi elettroni ad alta energia sul bordo interno delle cinghie di Van Allen. Siamo riusciti a risolvere l'enigma su cui i fisici sono rimasti perplessi per quasi sei decenni , ha detto Xinlin Li dell'Università del Colorado a Boulder (USA).
La Terra, a differenza di Venere e di una serie di altri pianeti del sistema solare, ha un proprio campo magnetico, che viene generato come risultato del movimento dei flussi liquidi di metallo nel suo nucleo. Questo campo magnetico agisce come una sorta di "scudo" che riflette i raggi cosmici, particelle cariche ad alta energia e protegge la Terra dal vento solare e dalle espulsioni di massa coronale sul Sole.
Le tracce della sua esistenza sono le cosiddette cinture di Van Allen - due regioni ad altitudini di circa 6mila e 60mila chilometri dalla superficie terrestre, dove sono presenti un gran numero di protoni ed elettroni ad alta energia, "catturati" dal campo magnetico terrestre e che si muovono in una sorta di trappola magnetica. La loro interazione con l'atmosfera genera bellissime aurore e, durante i brillamenti solari, porta a interferenze radio e altri problemi tecnici.
Uno dei principali misteri delle cinture di Van Allen sin dalla loro scoperta nel 1958 è da dove provengono gli elettroni e i protoni ad alta energia che abitano lo schermo di radiazione della Terra e generano bagliori ai poli del pianeta. Come osserva Lee, gli scienziati sospettano da tempo che la loro fonte siano i raggi cosmici che entrano in collisione con gli atomi nell'atmosfera, ma non avevano prove inequivocabili di ciò.
Un ulteriore problema è che i raggi cosmici, generati dalle esplosioni di supernova e dall'attività delle pulsar, "bombardano" la Terra approssimativamente alla stessa frequenza, mentre il numero e le proprietà degli elettroni nelle cinture di Van Allen possono cambiare drasticamente a una velocità molto elevata. Ciò fa dubitare molti ricercatori che questi elettroni sorgano come risultato del decadimento dei neutroni, che i raggi cosmici "eliminano" gli atomi di azoto e ossigeno.
Per testare queste idee, Lee ei suoi studenti hanno assemblato il microsatellite CSSWE, dotato di controparti in miniatura dei rilevatori di elettroni e protoni che sono stati sviluppati presso l'Università del Colorado per le sonde RBSP lanciate dalla NASA nell'agosto 2012 per studiare la struttura delle cinture di Van Allen.
Questo satellite è stato lanciato in un'orbita inferiore e ha studiato non gli strati interni delle cinture di Van Allen, ma il bordo inferiore della sua prima parte, dove, come suggerito dagli scienziati, dovrebbero nascere elettroni e protoni durante le collisioni di molecole di gas e "ospiti dallo spazio".
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Tali collisioni, come spiegano gli scienziati, dovrebbero portare alla produzione di protoni ed elettroni in intervalli di energia molto ristretti, in modo che possano essere facilmente calcolati e stimati quanto spesso i raggi cosmici entrano in collisione con gli atomi atmosferici e capire quale ruolo svolgono nel riempire le cinture di Van Allen e come ci arrivano.
Come hanno mostrato queste misurazioni, tali elettroni sorgono in grandi quantità ad un'altitudine approssimativamente uguale al raggio della Terra, e la velocità della loro formazione e le loro proprietà sono rimaste costanti in tutte le regioni ea tutte le altitudini. Questo parla a favore del fatto che sono effettivamente generati dai raggi cosmici.
Inoltre, ciò è evidenziato dal numero di elettroni registrati dal CSSWE - il loro numero, come notano gli scienziati, corrisponde quasi idealmente a quanti neutroni dovrebbero generare raggi cosmici. Tutto ciò, di conseguenza, testimonia il fatto che quasi tutti gli elettroni che partecipano alla nascita delle aurore sono di origine veramente "cosmica".
