Nasa, scoperto un campo elettrico che circonda la Terra, cosa sappiamo

Scoperto dalla NASA un debole campo elettrico che avvolge la Terra: ecco cosa sappiamo su questo fenomeno e il suo impatto sulla ionosfera

Gli scienziati della NASA, in uno studio pubblicato su Nature, hanno scoperto un debole campo elettrico planetario che avvolge la Terra tra 250 e 768 km dalla superficie. Oltre al campo gravitazionale e magnetico, la Terra possiede anche un campo elettrico chiamato campo ambipolare, che genera movimenti opposti di elettroni e ioni positivi.

Nasa ha scoperto un campo elettrico che circonda la Terra: ecco che cosa sappiamo

Questo campo ha un ruolo fondamentale nell’espulsione delle particelle cariche dall’atmosfera ai poli e nel modificare la forma dell’atmosfera terrestre, aumentandone l’altezza di scala.

Il campo elettrico terrestre, teorizzato fin dagli anni ’60, è stato finalmente rilevato grazie alla missione Endurance della NASA. Nonostante la sua debole tensione di soli 0,5 Volt, simile a quella di una batteria da orologio, è abbastanza potente da vincere la forza gravitazionale e generare un flusso di particelle cariche verso lo spazio.

 

Gli scienziati sospettavano l’esistenza di un campo elettrico planetario sin dalle prime missioni spaziali negli anni ’60, quando alcuni satelliti avevano rilevato un flusso di particelle cariche, noto come “vento polare”, che si muoveva dall’atmosfera terrestre verso lo spazio, specialmente ad alte quote nella ionosfera, dove i gas ionizzati sono presenti a causa delle radiazioni solari.

Inizialmente, gli scienziati ipotizzarono che la radiazione solare riscaldasse le particelle dell’atmosfera, fornendo loro abbastanza energia per superare l’attrazione gravitazionale e sfuggire nello spazio. Tuttavia, si scoprì che questo non era il processo corretto, poiché le particelle osservate erano veloci ma fredde, con poca energia termica. Ciò indicava che doveva esserci un altro meccanismo che spingesse queste particelle alle velocità necessarie per sfuggire all’atmosfera terrestre. L’ipotesi più probabile era l’esistenza di un campo elettrico planetario, ma all’epoca gli strumenti disponibili non erano abbastanza sensibili per rilevarlo.

Qui entra in gioco la missione Endurance della NASA, ideata nel 2016. La missione consisteva in un volo sub-orbitale vicino al Polo Nord per attraversare il “vento polare” di particelle con strumenti specifici. Il razzo fu lanciato l’11 maggio 2022 dalla base di lancio spaziale più a nord del pianeta, nelle isole Svalbard, raggiungendo un’altezza massima di 768 chilometri e percorrendo una traiettoria sub-orbitale di 518 chilometri in 19 minuti.

Durante il volo, gli strumenti di bordo riuscirono finalmente a confermare l’esistenza del campo elettrico terrestre, misurando una differenza di potenziale di soli 0,55 Volt, paragonabile alla tensione di una batteria da orologio, tra le quote di 250 e 768 km dalla superficie terrestre. Sebbene piccolo, questo valore era sufficiente per spiegare la fuga delle particelle dall’atmosfera, confermando la teoria che un campo elettrico planetario fosse responsabile del fenomeno.

Il debole campo elettrico terrestre inizia intorno ai 250 km di altitudine, alla base della ionosfera, dove la radiazione solare strappa gli elettroni dagli atomi che compongono i gas atmosferici, creando un insieme di elettroni carichi negativamente e ioni carichi positivamente.

Gli elettroni e gli ioni hanno masse molto diverse. Gli elettroni sono talmente leggeri che basta una piccola spinta di energia per farli sfuggire all’attrazione gravitazionale terrestre. Al contrario, uno ione di idrogeno (composto da un solo protone) è 1836 volte più pesante di un elettrone. Di conseguenza, il campo gravitazionale terrestre, che attrae con maggior forza gli oggetti più pesanti, tende a far cadere gli ioni verso il suolo, separandoli dagli elettroni. Tuttavia, poiché le particelle sono cariche in maniera opposta, questa separazione genera un campo elettrico che controbilancia parzialmente l’effetto della gravità.

Questo campo elettrico è detto “ambipolare” o bidirezionale, poiché genera un movimento in direzioni opposte sia per gli elettroni che per gli ioni positivi. Gli ioni tendono a trascinare con sé gli elettroni mentre affondano nell’atmosfera a causa della forza gravitazionale. Al contrario, gli elettroni attraggono gli ioni, sollevandoli verso altezze maggiori nell’atmosfera mentre tentano di sfuggire nello spazio. Questo meccanismo bilancia le forze tra gravità ed energia elettrica, influenzando la dinamica dell’atmosfera terrestre.