Una ricetta per elettroni ad alta energia
Gli elettroni accelerati nelle fasce di radiazione di Van Allen possono danneggiare i satelliti in orbita attorno alla Terra. Questi elettroni sono sufficientemente energetici da attraversare la fusoliera esterna dei satelliti e raggiungere i componenti elettronici al loro interno. Il loro accumulo può dare luogo a delle scariche che provocano malfunzionamenti del sistema. Il progetto MAARBLE (Monitoring, analyzing and assessing radiation belt loss and energization), finanziato dall’UE, mirava a rintracciare non solo l’origine dell’accelerazione degli elettroni ma anche le perdite osservate durante i periodi di attività geomagnetica. I partner di MAARBLE hanno fatto ricorso a una grande quantità di dati accumulati da missioni europee oltre che da misurazioni effettuate da veicoli spaziali statunitensi relativi agli elettroni ad alta energia intrappolati nella magnetosfera terrestre. I dati sul campo magnetico provenienti da magnetometri collocati sul terreno hanno aiutato a definire il tipo di onde che eccitano gli elettroni. Il team di MAARBLE ha studiato i due meccanismi mediante i quali gli elettroni possono essere accelerati fino a raggiungere dei livelli energetici pericolosi. Un meccanismo dipende da onde a frequenza ultra bassa (ULF) con frequenze massime pari a 1 1 Hz e l’altro da onde a frequenza molto bassa (VLF) con frequenza che raggiungono diverse centinaia di kHz. Anche se l’analisi dei dati è stata molto dispendiosa in termini di tempo, i risultati sono valsi l’attesa. Una banca dati contenente le proprietà delle onde ULF e VLF è stata compilata e resa disponibile alla comunità scientifica attraverso il Cluster Science Archive dell’Agenzia spaziale europea (ESA). Gli scienziati hanno scavato nella banca dati per creare dei modelli statistici dell’attività delle onde per livelli differenti di attività geomagnetica. Per decifrare la relazione causale tra le onde e le dinamiche della fascia di radiazione, le misurazione degli elettroni energetici sono state inserite in strumenti di assimilazione dei dati. In generale, l’assimilazione dei dati combina misurazioni in loco con dei modelli allo scopo di fornire la migliore stima possibile dello stato attuale di un sistema complesso e la previsione delle condizioni future. Il risultante “stato assimilato” è più vicino ai dati o al prodotto del modello a seconda delle loro incertezze. Gli scienziati di MAARBLE hanno aggiunto i dati di molteplici satelliti nelle loro simulazioni numeriche e sono riusciti a superare le limitazioni fondamentali dei sottostanti modelli fisici. Ci si aspetta che le scoperte del progetto migliorino i modelli che descrivono l’ambiente di radiazione in cui operano i satelliti. Una migliore comprensione dei fattori che promuovono la produzione di elettroni ad alta energia aiuterà a sua volta a fare delle previsioni più accurate dei periodi in cui i satelliti si possono aspettare gli effetti nocivi delle particelle.
Parole chiave
Elettroni ad alta energia, onde elettromagnetiche, fasce radiazione Van Allen, attività geomagnetica, strumenti assimilazione dati
