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I satelliti che studiano le variazioni del campo magnetico terrestre

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I satelliti che studiano le variazioni del campo magnetico terrestre

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La vita sulla Terra, come la conosciamo, non sarebbe possibile senza la protezione esercitata dal campo magnetico. Secondo studi recenti la magnetosfera sarebbe interessata da un processo d’indebolimento. Si tratta di un processo lento, ma progressivo. Nei prossimi anni il campo magnetico potrebbe arrivare a un punto di non ritorno, a un livello mai conosciuto dall’uomo.

Nonostante il forte impatto sulla vita quotidiana, abbiamo appena iniziato a conoscere la magnetosfera è i suoi continui mutamenti.
Spiega Chris Finlay, scienziato DTU Space:“Il campo magnetico terrestre è generato nel profondo centro del Pianeta Terra. E’ un luogo instabile,dove si registrano forti movimenti di metallo liquido. Questi movimenti generano correnti elettriche, che creano il campo magnetico terrestre. Questo funziona come uno scudo in grado di deflettere il vento solare, ricco di particelle irradiate dal sole, creando una specie di bolla di protezione all’interno della quale è possbile la vita come la conosciamo”.

Il campo magnetico terrestre cattura le particelle di vento solare più cariche di energia incanalandole verso le regioni polari. La collisione delle particelle solari con molecole di gas produce nell’atmosfera fenomeni luminosi, come le magiche aurore boreali: manifestazioni della presenza del campo magnetico terrestre.

Moltissimi esseri viventi, dai batteri ai pesci, fanno riferimento al campo magnetico per l’orientamento. I navigatori hanno fatto lo stesso prima dell’invenzione della bussola. La carte nautiche sono i primi grandi registri dei mutamenti del campo magnetico terrestre. Le flotte navali hanno aggiornato constantemente le proprie rotte sulla base dello spostamento del polo nord magnetico. Grazie ai centri terrestri di osservazione si è riusciti a mantenere una traccia dei cambiamenti, utili per gli studi attuali.

Jurgen Matzka, scienziato DTU Space afferma:“Ci troviamo in un centro di osservazione della magnetosfera risalente a oltre 100 anni fa. Si tratta di una costruzione davvero tipica del periodo. I centri di osservazione venivano costruiti sottoterra in modo da mantenere la strumentazione a temperatura costante. Qui è tutto meccanico: si utilizzano i magneti gli specchi e i fasci di luce e poi la carta fotografica per registrare i risultati”.

Oltre un centinaio di centri come questo di Brorfelde in Danimarca sono oggi connessi in una rete a livello mondiale. Qui magnetometri accurati misurano e registrano i cambiamenti del campo magnetico intorno al continente e alle isole.

Jurgen Matzca spiega:“Ciò che vediamo qui è piuttosto interessante. Alcuni giorni fa si è verificata un’esplosione (solare) mentre il vento solare colpiva la terra abbiamo misurato i mutamenti del campo magnetico terrestre. Come si può vedere, qui nella parte superiore ci sono le misurazioni registrate in Groenlandia, mostrano forti cambiamenti nel campo magnetico, mentre questa curva proviene dalla Danimarca. Alle latitudini più basse i cambiamenti del campo magnetico sono molto più piccoli di quelli che osserviamo in Groenlandia, vicino al polo geomagnetico”.

I punti di osservazione terrestre però non riescono a fornire un quadro complessivo dei cambiamenti della magnetosfera. Soprattutto di ciò che avviene sugli oceani. Per questo gli scienziati hanno deciso di ricorrere al ai satelliti, gli unici in grado di rilevare attentamente la magnitudine e la direzione del campo magnetico in qualunque parte del globo terrestre.

Il Denmark’s National Space Institute utilizza dei magnetometri basati su sensori a bobina. Lars William Pedersen, ingegnere spaziale:“Ognuno di questi sensori può misurare il campo magnetico orientato verso la direzione del sensore. Se si mettono insieme questi tre sensori diretti verso tre diverse direzioni, si ottiene un magnetometro vettoriale. Si tratta di sensori utilizzati per strumentazioni come questa nelle rilevazioni terrestri. Versioni molto più compatte possono essere usate anche sui satelliti”.

Il primo magnetometro danese è stato lanciato in orbita nel 1999. Il satellite Oersted è ancora in funzione. Sulla base delle informazioni qui raccolte è stato confermato che i poli del campo magnetico si stanno spostando a velocità altissime.

Nils Olsen, professore di geofisica:“Questo è il corpo di un satellite, qui abbiamo un’apparecchiatura, qui un’altra in grado di misurare il campo magnetico terrestre. Sono posizionate a una certa distanza dal corpo del satellite, perché è un luogo dove ci sono le correnti elettriche, batterie. Siamo interessati a misurare il campo magnetico terrestre non quello del satellite”.

L’agenzia spaziale europea ha in programma una nuova missione: registrare i cambiamenti, composizione ed evoluzione del campo magnetico terrestre grazie a tre satelliti identici ma con orbite diverse.

Eigil Friis-Christensen, direttore del progetto Swarm Lead Investigator:“Perché abbiamo due occhi?Noi, uomini e animali abbiamo due occhi perché vogliamo vedere in tre dimensioni. Questo è ciò che possiamo fare con una coppia di satelliti, già parte del Progetto Swarm, ma se vogliamo avere accesso anche alla quarta dimensione- ed è tempo di farlo-allora si deve ricorrere al terzo satellite”.

Due dei satelliti del Progetto Swarm saranno lanciati alla stessa altitudine, mentre il terzo volerà più in alto, affinando la misurazione.

I satelliti saranno provvisti di magnetometri sferici in grado di dare aggiornamenti relativi al processo elettromagnetico, sia all’interno che all’esterno del pianeta Terra.

I satelliti del progetto Swarm sono stati progettati con forme aerodinamiche e realizzati con fibre di carbonio.

Nils Olsen:“Il satellite ha questa forma particolare perché è pensato per volare a latitudini relativamente basse, partendo dai 450, ma anche 300, persino 250 chilometri di altezza. Vogliamo che la missione possa durare a lungo, in modo da riuscire a cogliere in tempo i cambiamenti del campo magnetico.

Grazie al progetto Swarm sarà possibile raccogliere dati in grado di spiegare perché lo scudo invisibile creato dal campo magnetico attorno alla terra sta lentamente sparendo. Gli scienziati cercano di capire se è il segno di un imminente inversione dei poli magnetici.

Chris Finlay, scienziato Danish National Space Institute:“La direzione del campo magnetico terrestre è cambiata radicalmente, il polo nord e il polo sud sono passati da un emisfero all’altro. E’ successo migliaia di volte nella storia della Terra”.

Nonostante il cambiamento rapido della posizione dei poli magnetici, l’ultima inversione risale almeno a 800 mila anni fa e impiegherà altre migliaia di anni prima di verificarsi di nuovo. E’ difficile comprendere come un cambiamento del genere possa condizionare la vita sulla Terra senza prima conoscere esattamente tutte le componenti del campo magnetico terrestre.

Roger Haagmans, Swarm Mission:“La missione Swarm rappresenta la migliore ricerca sul campo magnetico terrestre mai realizzata: abbiamo una costellazione di satelliti, pensati per rilevare tutte le componenti che s’incontreranno durante la misurazione: il centro del campo magnetico, da cui provengono i dati principali, ma anche la crosta terrestre- dove si possono trovare le tracce di alcuni effetti- il mantello terrestre, la ionosfera el la magnetosfera. Anche gli oceani fanno la loro parte. Orientarsi tra tutte queste fonti diverse, e capire quanto contribuiscono al campo magnetico e come cambiano è il punto centrale della nostra missione”.

I tre satelliti, pesanti mezza tonnellata, saranno lanciati in orbita dalla base russa di Pletsek. Il decollo è previsto per la prima metà del 2013.

Il progetto Swarm punta a rafforzare anche la flotta Earth Explorer dell’Agenzia spaziale europea, la stazione satellitare impegnata a monitorare i cambiamenti ambientali a livello mondiale.

Senza lo scudo elettromagnetico la Terra sarebbe molto probabilmente simile a Marte o a Venere, entrambi pianeti privi di un sistema di difesa contro le radiazioni solari. La magnetosfera diventa così una parte fondamentale dell’osservazione del globo terrestre: la missione Swarm potrebbe essere d’aiuto anche per valutare possibili correlazioni tra l’attività solare e i cambiamenti climatici, utilizzando i dati provenienti dai centri di osservazione terrestri.

Philippe Goudy, progetto Earth Observation Esa:“I satelliti di esplorazione della Terra contribuiscono tutti a qualcosa di speciale. Nuove tecniche di misurazione, nuovi concetti per l’osservazione dell’ambiente”.

Il satellite per la misurazione della gravità, Goce, ha tracciato il confine tra la crosta e il manto terrestre, offrendo nuovi indizi per lo studio della dinamica interna del pianeta Terra.

Grazie all’azione di Goce è possibile costruire un modello accurato della gravità terrestre.

Altri due satelliti per l’esplorazione terrestre, il CryoSat e Smos, sono invece impegnati ad analizzare il volume del ghiaccio polare.

Le rilevazioni hanno mostrato quest’anno un significativo ritiro dei ghiacci artici.CryoSat permette di avere una mappa ad alta risoluzione in grado di mostrare i cambiamenti dell’ecosistema.

Philippe Goudy:“Abbiamo ottenuto risultati preziosi. Misurando non soltanto l’estensione dei ghiacci, ma anche il loro peso e lo spessore. Quando si parla di cambiamenti climatici, analizzare le calotte di ghiaccio è certamente un aspetto difficile”.

I satelliti, anche grazie alle conferme provenienti dalle analisi svolte nei centri di osservazione terrestre, consentono di migliorare la comprensione dei cambiamenti ambientali, e del ruolo svolto dal fattore umano.

Roger Haagmans:“I satelliti per l’esplorazione terrestre sono indirizzati verso moltissime sfide, legate da un lato ai cambiamenti climatici e dall’altro ai cambiamenti terrestri in generale. Il campo magnetico terrestre non è una variabile essenziale per il clima anche se ha avuto e continua ad avere con questi delle relazioni importanti. In generale possiamo dire di osservare le variabili che influiscono cambiamenti mondiali da un’amplissima serie di strumenti scientifici”.

Grazie ai continui progressi scientifici i satelliti per l’esplorazione terrestre riusciranno a svelare tutti i misteri del Pianeta Terra.