Utilizzando le osservazioni di un razzo suborbitale della NASA, un team internazionale di scienziati ha misurato con successo per la prima volta un campo elettrico planetario ritenuto fondamentale per la Terra quanto la sua gravità e i suoi campi magnetici.
L’importanza del campo elettrico planetario
Noto come campo elettrico ambipolare, gli scienziati hanno ipotizzato per la prima volta oltre 60 anni fa che guidasse il modo in cui l’atmosfera del nostro pianeta può fuoriuscire sopra i poli nord e sud della Terra.
Le misurazioni del razzo, la missione Endurance della NASA, hanno confermato l’esistenza del campo ambipolare e quantificato la sua intensità, rivelando il suo ruolo nel guidare la fuga atmosferica e nel modellare la nostra ionosfera, uno strato dell’atmosfera superiore, in modo più ampio.
Comprendere i complessi movimenti e l’evoluzione dell’atmosfera del nostro pianeta fornisce indizi non solo sulla storia della Terra, ma ci dà anche una visione dei misteri di altri pianeti e ci consente di determinare quali potrebbero essere ospitali per la vita. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature.
Lo studio
Dalla fine degli anni ’60, le sonde spaziali che sorvolano i poli della Terra hanno rilevato un flusso di particelle che fluisce dalla nostra atmosfera verso lo Spazio. I teorici hanno previsto questo deflusso, che hanno soprannominato “vento polare“, stimolando la ricerca per comprenderne le cause.
Ci si aspettava una certa quantità di deflusso dalla nostra atmosfera. La luce solare intensa e non filtrata dovrebbe far sì che alcune particelle della nostra aria fuoriescano nello Spazio, come il vapore che evapora da una pentola d’acqua. Ma il vento polare osservato era più misterioso. Molte particelle al suo interno erano fredde, senza segni di essere state riscaldate, eppure viaggiavano a velocità supersoniche.
“Qualcosa doveva estrarre queste particelle dall’atmosfera“, ha affermato Glyn Collinson, ricercatore principale di Endurance presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, e autore principale della ricerca. Gli scienziati hanno ipotizzato che potesse essere all’opera un campo elettrico ancora da scoprire.
Ci si aspettava che il campo elettrico ipotizzato, generato su scala subatomica, fosse incredibilmente debole, con effetti avvertiti solo su centinaia di miglia. Per decenni, rilevarlo è stato oltre i limiti della tecnologia esistente. Nel 2016, Collinson e il suo team si sono messi al lavoro per inventare un nuovo strumento che hanno pensato fosse all’altezza del compito di misurare il campo elettrico ambipolare della Terra.
Gli strumenti e le idee del team erano più adatti per un volo di razzi suborbitali lanciato dall’Artico. In un cenno alla nave che ha trasportato Ernest Shackleton nel suo famoso viaggio del 1914 in Antartide, il team ha chiamato la sua missione Endurance. Gli scienziati hanno stabilito una rotta per Svalbard, un arcipelago norvegese a poche centinaia di miglia dal Polo Nord e sede del poligono di lancio di razzi più a nord del mondo.
“Svalbard è l’unico poligono di tiro al mondo in cui è possibile volare attraverso il vento polare ed effettuare le misurazioni di cui avevamo bisogno”, ha affermato Suzie Imber, fisica spaziale presso l’Università di Leicester, Regno Unito, e coautrice della ricerca.
L’11 maggio 2022, Endurance è stato lanciato e ha raggiunto un’altitudine 768,03 chilometri, ammarando 19 minuti dopo nel Mare della Groenlandia. Lungo l’intervallo di altitudine di 518,209 km in cui ha raccolto dati, Endurance ha misurato una variazione del potenziale elettrico di soli 0,55 volt.
“Mezzo volt è quasi niente, è solo più o meno forte quanto una batteria da orologio“, ha spiegato Collinson: “Ma è la giusta quantità per spiegare il vento polare”.
Gli ioni di idrogeno, il tipo di particella più abbondante nel vento polare, subiscono una forza verso l’esterno dal campo elettrico 10,6 volte più forte della gravità: “È più che sufficiente per contrastare la gravità, in effetti, è sufficiente per lanciarli verso l’alto nello Spazio a velocità supersoniche”, ha affermato Alex Glocer, scienziato del progetto Endurance presso la NASA Goddard e coautore dello studio.
Anche le particelle più pesanti ricevono una spinta. Gli ioni di ossigeno alla stessa altitudine, immersi in nel campo elettrico da mezzo volt, pesano la metà. In generale, il team ha scoperto che il campo elettrico ambipolare aumenta quella che è nota come “altezza di scala” della ionosfera del 271%, il che significa che la ionosfera rimane più densa ad altezze maggiori di quanto non sarebbe senza di essa.
“È come un nastro trasportatore che solleva l’atmosfera verso lo Spazio“, ha aggiunto Collinson.
Conclusioni
La scoperta di Endurance ha aperto molte nuove strade all’esplorazione. Il campo elettrico ambipolare, come campo energetico fondamentale del nostro pianeta insieme alla gravità e al magnetismo, potrebbe aver plasmato continuamente l’evoluzione della nostra atmosfera in modi che ora possiamo iniziare a esplorare. Poiché è creato dalle dinamiche interne di un’atmosfera, ci si aspetta che campi elettrici simili esistano su altri pianeti, tra cui Venere e Marte .
“Ogni pianeta con un’atmosfera dovrebbe avere un campo elettrico ambipolare“, ha concluso Collinson: “Ora che l’abbiamo finalmente misurato, possiamo iniziare a capire come ha modellato il nostro pianeta e altri nel tempo“.
