Secondo una nuova ricerca, i fulmini possono lanciare elettroni “killer” ad alta energia dalla cintura di radiazioni del pianeta e inviarli in tutte le direzioni. È un nuovo collegamento tra la meteorologia della Terra e il “tempo” nello Spazio che ci circonda, e potrebbe aiutarci a proteggere meglio la nostra attrezzatura spaziale e gli umani che mandiamo in orbita.
La pericolosità dei fulmini che lanciano elettroni killer
“Queste particelle sono quelle spaventose o quelle che alcuni chiamano ‘elettroni killer'”, afferma l’ingegnere aerospaziale Max Feinland dell’Università del Colorado, Boulder. “Possono penetrare il metallo sui satelliti, colpire le schede dei circuiti e possono essere cancerogene se colpiscono una persona nello spazio”.
Le fasce di radiazione di Van Allen che circondano il nostro pianeta come una gigantesca ciambella sono un prodotto del campo magnetico terrestre, che intrappola le particelle cariche del vento che soffia costantemente dal Sole. La fascia interna si estende da 640 a 9.600 chilometri (da 400 a 6.000 miglia) di altitudine, e quella esterna da circa 13.500 a 58.000 chilometri.
Questa trappola è un bene per il nostro pianeta; ci protegge dal peso del vento solare e dalle particelle cariche che altrimenti saremmo colpiti. Ma le particelle possono, e lo fanno, scappare . I cosiddetti elettroni “killer” sono quelli che hanno così tanta energia che si muovono a una velocità prossima a quella della luce, o velocità relativistica.
Poiché hanno così tanta energia, la schermatura non può tenerli fuori; possono penetrare i satelliti (e ce ne sono molti in orbita terrestre bassa al giorno d’oggi ), trasportando una carica che rischia di danneggiare l’elettronica al suo interno e di accorciare la durata di vita delle tecnologie . Gli elettroni killer incontrollati non sono un granché per la salute umana, esponendo potenzialmente gli astronauti a dosi pericolose di radiazioni cosmiche.
Vale la pena notare che sfruttiamo elettroni ad alta velocità anche per curare il cancro. In generale, tuttavia, queste particelle scattanti non sono adatte a niente che abbia a che fare con gli esseri umani sul loro cammino.
Esistono processi in grado di accelerare gli elettroni provenienti da livelli energetici più moderati, tra cui le tempeste solari generate dalle esplosioni e dalle espulsioni di massa coronale , così frequenti al culmine del ciclo di attività solare.
I ricercatori hanno scoperto la connessione con i fulmini analizzando i dati satellitari che sembravano mostrare gruppi di elettroni ad alta energia che si muovevano attraverso la fascia di radiazione interna. Questa è stata una sorpresa: la fascia di radiazione interna è stata tradizionalmente considerata piuttosto stabile e noiosa.
Quando Feinland ha studiato più attentamente i registri d’archivio, ha scoperto 45 picchi di elettroni ad alta energia tra il 1996 e il 2006. E alcuni di questi picchi potrebbero essere collegati a fulmini nell’atmosfera terrestre, verificatisi meno di un secondo dopo che il fulmine era stato registrato.
È noto che i fulmini generano onde elettromagnetiche note come onde whistler , che si verificano nella gamma radio a bassa frequenza dello spettro. Ricerche precedenti suggeriscono che le onde whistler che si increspano attraverso il plasma instabile della cintura di radiazione possono causare lo scuotimento degli elettroni, con elettroni a bassa energia che trasferiscono energia a elettroni a più alta energia in una reazione a catena che può infine produrre elettroni killer relativistici
I ricercatori ritengono che le loro osservazioni riflettano un meccanismo simile, in cui le onde whistler producono picchi di elettroni killer che rimbalzano tra i poli prima di placarsi.
Non è chiaro quanto spesso si verifichi e quali condizioni specifiche siano necessarie per innescarlo. È possibile che l’attività solare svolga un ruolo e ricerche precedenti suggeriscono che la densità del plasma e l’attività delle onde sono anche fattori importanti nella generazione di elettroni relativistici. Ci vorrà un po’ più di lavoro per capire i diversi fattori in gioco negli elettroni killer indotti dai fulmini.
Osservazioni e analisi future ci aiuteranno a comprendere meglio la natura delle interazioni onda-particella in gioco.
Nel frattempo, i risultati suggeriscono che gli astronauti potrebbero voler rimanere al sicuro al chiuso mentre fuori c’è tempesta. Non vuoi essere sorpreso da un acquazzone di pioggia di elettroni.
La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications.
