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Per la prima volta i fisici hanno confermato le misteriose onde che causano l’aurora boreale

Uno dei panorami più belli e mozzafiato che i nostri cieli possono raccogliere è il bagliore danzante delle luci del crepuscolo. Tuttavia, questo straordinario fenomeno non è ancora completamente compreso.

Sappiamo che è causato da particelle soffiate tempeste solari, accelerato lungo le linee del campo magnetico terrestre a latitudini più elevate, dove piove nell’alta atmosfera. Lì, le interazioni con le molecole nell’atmosfera generano cortine di luce che brillano nel cielo.

Ora, per la prima volta, gli scienziati hanno dimostrato e confermato il meccanismo con cui si verifica l’accelerazione delle particelle, ripetendo il processo in laboratorio. Come pensavano gli scienziati, le forti onde elettromagnetiche note come onde Alfvn accelerano gli elettroni lungo le linee del campo magnetico.

“L’idea che queste onde possano energizzare gli elettroni che creano le aurore risale a più di quattro decenni fa, ma questa è la prima volta che siamo stati in grado di confermare definitivamente che funzionano”, Il fisico Craig Klitzing ha detto: dall’Università dell’Iowa.

“Questi esperimenti ci consentono di effettuare misurazioni chiave che mostrano che le misurazioni e le teorie dello spazio spiegano effettivamente il modo principale in cui si forma l’aurora”.

(Austin Montelius, College of Liberal Arts and Sciences, University of Iowa)

Conosciamo le onde di Alvin da molto tempo. Furono descritte per la prima volta dall’ingegnere elettrico svedese Hannes Alvin nel 1942: onde trasversali in un fluido elettrico che si propagano lungo le linee del campo magnetico. Queste onde sono un meccanismo importante per trasmettere energia e quantità di moto in magnetoidrodinamica sistemi. Cioè, può accelerare le particelle.

Le onde Alfn sono state osservate nelle linee del campo magnetico terrestre e le navicelle spaziali hanno rilevato onde Alvin verso la Terra sopra l’aurora boreale. è un ampiamente accettato che le onde di Alvín giocano un ruolo nell’accelerazione dell’elettrone aurorale, ma determinare il ruolo esatto è stato alquanto difficile.

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Quindi un team di scienziati guidato dal fisico Jim Schroeder del Wheaton College ha utilizzato il grande dispositivo al plasma (Polizia di Los Angeles) presso l’Università della California, Los Angeles, per uno sguardo più da vicino a questo fenomeno. Questa è una camera a vuoto cilindrica lunga 20 metri (66 piedi) e 1 metro (3,3 piedi) di diametro, con un forte campo magnetico.

panorama devePolizia di Los Angeles. (Facoltà di scienze del plasma di base / Università della California)

“Questo impegnativo esperimento richiede la misurazione di pochissimi elettroni che si muovono lungo la camera della polizia di Los Angeles all’incirca alla stessa velocità delle duemilaesime onde, che sono meno di uno ogni mille elettroni nel plasma”, Il fisico Troy Carter ha detto: dall’Università della California.

Il team ha generato onde di plasma Alfvén presso la polizia di Los Angeles e contemporaneamente ha misurato la distribuzione della velocità dell’elettrone, in condizioni rilevanti per la formazione dell’aurora boreale. Hanno scoperto che le onde Alfvn trasferiscono energia agli elettroni che risuonano con le onde – una velocità simile alla velocità di fase delle onde.

Le misurazioni hanno rivelato che questo piccolo gruppo di elettroni subisce una “accelerazione di ronzio” dal campo elettrico di un’onda duemila, simile a un surfista che raccoglie un’onda e viene costantemente accelerato mentre il surfista si muove con l’onda, Il fisico Greg Howes ha detto: dall’Università dell’Iowa.

Questo processo è noto come smorzamento di Landau, perché il trasferimento di energia dall’onda alla particella smorza l’onda, che a sua volta impedisce la comparsa di instabilità. Secondo l’analisi del team, la firma generata dalla velocità dell’elettrone era la nota firma dello smorzamento di Landau, che indicava l’accelerazione di risonanza.

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Confrontando i loro risultati con un modello dell’aurora boreale, il team è stato in grado di dimostrare che il tasso di attivazione degli elettroni era coerente con lo smorzamento di Landau nella realtà.

“L’accordo del tasso di attivazione per elettrone tra l’esperimento e il modello aurorale”, I ricercatori hanno scritto كتب, “stabilisce la comunicazione finale necessaria per dimostrare che abbiamo fornito una conferma sperimentale diretta che le onde Alfvn possono accelerare gli elettroni che si depositano nella ionosfera e generare il bagliore brillante dell’aurora boreale”.

La ricerca è stata pubblicata in Connessioni con la natura.