Il vento solare come laboratorio di turbolenza
La turbolenza del vento solare si verifica su scale fisiche molto diverse – dalla dimensione di un pianeta a quella delle particelle subatomiche. Comprendere questo sistema estremamente dinamico è complicato dagli effetti della velocità di taglio tra flussi di vento solare veloci e lenti, dall’espansione sferica del vento solare e dalla sua natura comprimibile. Combinando osservazioni in situ ad approcci teorici, il progetto TURBOPLASMAS (Turbulent phenomena in space plasmas: Boosting observations, data analysis and numerical simulations) ha studiato la turbolenza con un livello di dettaglio senza precedenti. Il progetto ha coinvolto un programma di scambio del personale di ricerca tra sei istituzioni partecipanti, che ha migliorato la collaborazione e la sinergia. Sebbene la temperatura del vento solare dovrebbe abbassarsi mano che si allontana dal Sole e attraversa lo spazio interplanetario, le osservazioni satellitari hanno dimostrato che non è così – in realtà, si surriscalda. Poiché le osservazioni rivelano quantità significative di turbolenza nel vento solare, gli scienziati hanno ipotizzato che il calore venga generato da una cascata di turbolenza verso scale più piccole. Prima del progetto TURBOPLASMAS, non era possibile identificare i processi di dissipazione su scala ionica che producono la cascata. Si è proceduto a confrontate osservazioni satellitari ad alta risoluzione e simulazioni numeriche al fine di facilitare l’interpretazione delle firme di strutture coerenti, tra cui fogli di corrente e strutture magnetiche quali siti di riscaldamento all’interno del vento solare. I membri del progetto hanno sviluppato modelli teorici per studiare gli effetti delle collisioni tra le particelle che costituiscono il vento e per capire i meccanismi fisici che portano al riscaldamento di popolazioni di particelle. La riconnessione magnetica, il processo per cui i campi magnetici si connettono e disconnettono rilasciando grandi quantità di energia, è stata riscontrata a livello locale come aspetto normale della turbolenza. Altri importanti risultati includono la prima descrizione delle proprietà su piccola scala delle fluttuazioni della densità del vento solare, l’inclusione delle particelle alfa nelle simulazioni numeriche cinetiche della turbolenza nei plasmi e la definizione delle relative scale spaziali e temporali nella turbolenza del vento solare. Il progetto ha anche confrontato gli aspetti sperimentali e teorici della turbolenza nei plasmi spaziali e in laboratorio. La turbolenza del plasma è un grande ostacolo alla creazione di un reattore a fusione efficiente in cui i nuclei atomici leggeri possano fondersi insieme e produrre energia. In totale sono già stati pubblicati 106 articoli scientifici, tra cui 11 articoli riveduti e due edizioni speciali. I risultati ottenuti costituiscono un valido supporto per la prossima generazione di missioni scientifiche nello spazio e hanno rafforzato una rete di collaborazione transnazionale tra gli scienziati delle istituzioni che sono impegnate in questo campo.
Parole chiave
Vento solare, turbolenza, TURBOPLASMAS, plasmi spaziali, osservazioni satellitari
