Lo scudo magnetico che protegge la Terra e rende possibile la vita | Scienze

Spesso diamo per scontate le cose più importanti. Ad esempio, quando è stata l'ultima volta che hai pensato al campo magnetico terrestre, se è così? Oltre a puntare gli aghi della bussola verso nord o a dirigere gli uccelli migratori, il campo magnetico terrestre ha qualche altro effetto sulla nostra vita quotidiana?

AVVISO SPOILER: Ogni secondo, il campo magnetico terrestre devia circa 1,5 milioni di tonnellate di materiale espulso dal Sole ad alta velocità. Se non ci fosse, l'atmosfera subirebbe un'erosione diretta e continua. Non potrebbe evitare l’impatto diretto di quelle particelle solari, che con esse spazzerebbero via tutto ciò che ci protegge. Pertanto, senza il campo magnetico terrestre, la vita come la conosciamo non esisterebbe sulla superficie del nostro pianeta. Naturalmente, neanche le nostre società tecnologiche sarebbero possibili, perché il campo magnetico protegge anche le nostre apparecchiature elettroniche, e non solo il nostro DNA, da questo stesso bombardamento.

La Terra (come Mercurio, Giove, Saturno, Nettuno e Urano) è circondata da un campo magnetico relativamente intenso che ha origine, per la maggior parte, all'interno del pianeta. Si ritiene che nell'attuale fase dell'evoluzione della Terra sia alimentata dal raffreddamento e dalla cristallizzazione del nucleo. Ciò fa sì che il ferro liquido che lo circonda si muova, generando potenti correnti elettriche che generano un campo magnetico che si estende nello spazio. Questo tipo di campo magnetico è noto come geodinamo e la struttura del campo di forza che devia la maggior parte del vento solare e forma uno scudo protettivo è chiamata magnetosfera.

Per capire più nel dettaglio come funziona, percorriamo ora circa 80 chilometri (50 miglia) sopra di noi. A questa quota accade qualcosa di fondamentale. Gran parte del gas in questa regione è ionizzato. In altre parole, le molecole del gas hanno una carica elettrica, generalmente perché hanno perso un elettrone nella loro struttura a causa della radiazione energetica proveniente dalla nostra stella. Le particelle cariche si comportano in un modo molto speciale. Seguono le linee del campo magnetico e quindi si muovono come se fossero nelle corsie di un'autostrada.

Prima di proseguire è importante sottolineare che il Sole, come tutte le stelle, espelle grandi quantità di materiale sotto forma di particelle cariche a velocità molto elevate. Lo fa in aggiunta all’energia elettromagnetica su tutta la gamma: i nostri occhi sono sensibili solo alla luce visibile, che è una gamma molto ristretta. Questo è noto come vento stellare; Oppure il vento solare, nel caso della nostra stella. La relazione tra la magnetosfera e il vento solare è il cuore di ciò che è noto come tempo spaziale.

Se potessimo visualizzare il campo magnetico della Terra, vedremmo che è quello che noi scienziati chiamiamo campo magnetico dipolare. Qui è dove le linee di forza lasciano un emisfero ed entrano nell'altro. Nella tradizione naturale, le linee di campo in uscita sono il nord magnetico e le linee di campo in entrata sono il sud magnetico. Nel caso della Terra, e talvolta per evitare confusione con il nord geografico, la convenzione è invertita con il polo nord magnetico che punta a sud e il polo sud magnetico che punta a nord. A nord le linee del campo puntano verso l’interno, il che è l’opposto di ciò che accade in un magnete. La sfera è inoltre inclinata di 11,5 gradi rispetto all'asse di rotazione del pianeta, che definisce i poli geografici nord e sud.

Ottima struttura

Il campo magnetico terrestre ai poli è due volte più forte del campo magnetico all'equatore. Lo sappiamo grazie agli strumenti sui satelliti che hanno esplorato l'intensità e la direzione del campo magnetico terrestre e ne hanno confermato la natura dipolare. Oltre ad essere complessa, la forma che assume è variabile. Alcuni dei suoi componenti sono le cinture di radiazione di Van Allen, la corrente toroidale, la coda magnetica e il traferro magnetico.

Tra alcuni dettagli affascinanti sulla struttura del campo magnetico che circonda il nostro pianeta c’è una regione costituita da plasma freddo e denso che orbita con la Terra. Esistono anche le cinture di Van Allen, dove le particelle si muovono con energia relativistica, cioè a una velocità vicina a quella della luce.

In quella che è conosciuta come corrente ad anello, gli ioni energetici si muovono a una velocità molto più lenta rispetto alle cinture di Van Allen, ma hanno una densità maggiore e producono una corrente elettrica che circonda la Terra. Gli elettroni si spostano dalla zona crepuscolare alla zona notturna e gli ioni con carica positiva si muovono nella direzione opposta. Questa corrente toroidale genera un campo magnetico che punta nella direzione opposta al campo magnetico terrestre e, quando si intensifica, l'intensità del campo misurato sulla superficie diminuisce. Esistono più correnti che collegano la corrente del circuito alla ionosfera e svolgono un ruolo essenziale nell'aurora boreale e nella meteorologia spaziale.

Per comprendere la configurazione globale del modo in cui le particelle si muovono nel nostro ambiente spaziale, abbiamo bisogno di un altro elemento chiave. Anche il vento solare è magnetico. Un modo per visualizzare questa interazione è semplicemente immaginare il vento solare come una corrente fluviale e la Terra e il suo campo magnetico come una pietra gigante. Poiché il vento solare è più veloce del suono, abbiamo un arco shock e dietro l'ostacolo abbiamo una coda. In questo caso, è una coda magnetica. Per quanto riguarda le tempeste magnetiche e la loro provenienza, lo lasceremo per un'altra occasione.

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