Nello spazio interstellare i raggi cosmici riservano sorprese

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Le sonde Voyager, il Sistema Solare e i raggi cosmici. La fisica al confine del Sistema Solare.  Le informazioni inviate a Terra dalle due sonde Voyager riscrivono ciò che pensavamo di sapere dei raggi cosmici e delle interazioni tra l’eliosfera e lo Spazio interstellare.

La pressione che i raggi cosmici esercitano sul Sistema Solare non è quella che ci si aspettava in base alle nostre conoscenze: questa scoperta mette in discussione alcune ipotesi condivise sulle loro caratteristiche. I raggi cosmici sono un insieme di particelle: elettroni, protoni, ioni (atomi senza uno o più elettroni) e altre forme di energia che arrivano dalle profondità dello Spazio intergalattico. Sono il risultato di materiale espulso da stelle esplose o da altri fenomeni ad altissima energia che si verificano nella nostra galassia. Questo zoo di particelle permea la Via Lattea e, di conseguenza, il Sistema Solare.

Illustrazione - Voyager 1: partita il 5 settembre 1977, qualche settimana dopo la sorella Voyager 2, seguì una traiettoria che la portò a 6.500 km da Titano, dove confermò le osservazioni della Pioneer 11, secondo la quale il satellite era ricoperto di una spessa atmosfera. Il 14 febbraio 1990 fu la prima sonda a scattare una <a title="NASA JPL - Voyager, Solar System Portrait" href="https://voyager.jpl.nasa.gov/galleries/images-voyager-took/solar-system-portrait/">foto di famiglia</a> dei pianeti del Sistema Solare.
Illustrazione – Voyager 1: partita il 5 settembre 1977, qualche settimana dopo la sorella Voyager 2, seguì una traiettoria che la portò a 6.500 km da Titano, dove confermò le osservazioni della Pioneer 11, secondo la quale il satellite era ricoperto di una spessa atmosfera. Il 14 febbraio 1990 fu la prima sonda a scattare una foto di famiglia dei pianeti del Sistema Solare.

I raggi cosmici vengono in parte bloccati ai confini del Sistema Solare dal materiale espulso dal Sole: questo materiale dà origine a una specie di immensa bolla più ovoidale (“schiacciata” nella direzione del moto del Sole attraverso la Galassia) che sferica, e che dividiamo in regioni. Nella zona più periferica c’è la regione che chiamiamo eliosfera (o elioguaina: heliosheath in inglese, v. illustrazione), il cui confine esterno è l’eliopausa (heliopause), una sorta di guscio nebuloso che fa da zona di transizione tra eliosfera e Spazio profondo.

Schema indicativo della posizione delle due sonde Voyager nel 2012, quando, a quattro mesi di distanza l'una dall'altra, hanno inviato a Terra misure prese nella Global Merged Interaction Region (GMIR), dove si era scaricata l'energia di un'eruzione solare. I dati hanno permesso agli scienziati di calcolare la pressione nell'eliosfera. Nell'illustrazione: eliosfera (heliosheath), la gigantesca bolla magnetica che contiene il Sistema Solare, il campo magnetico solare e il vento solare; eliopausa (heliopause), il confine esterno dell'eliosfera; il termination shock è la regione dove il vento solare rallenta fino a velocità subsoniche. | NASA Goddard Space Flight Center / Mary Pat Hrybyk-Keith
Schema indicativo della posizione delle due sonde Voyager nel 2012, quando, a quattro mesi di distanza l’una dall’altra, hanno inviato a Terra misure prese nella Global Merged Interaction Region (GMIR), dove si era scaricata l’energia di un’eruzione solare. I dati hanno permesso agli scienziati di calcolare la pressione nell’eliosfera. Nell’illustrazione: eliosfera (heliosheath), la gigantesca bolla magnetica che contiene il Sistema Solare, il campo magnetico solare e il vento solare; eliopausa (heliopause), il confine esterno dell’eliosfera; il termination shock è la regione dove il vento solare rallenta fino a velocità subsoniche. | NASA Goddard Space Flight Center / Mary Pat Hrybyk-Keith

Grazie alle due sonde Voyager, che si trovano nei dintorni di quelle regioni, stiamo ottenendo informazioni sullo scontro tra i raggi cosmici e il materiale dell’eliopausa che ci fa da primo scudo: informazioni che raccontano un quadro inedito e inatteso sui raggi cosmici. «Le Voyager hanno messo in luce pressioni dei raggi cosmici che non erano previste», spiega Jamie Rankin (Università di Princeton), che ha lavorato su questa ricerca per la NASA: «per questo non è da escludere che là fuori esistano intere “popolazioni” di particelle mai considerate prima. Tutto questo apre una nuova frontiera di studi e ricerche.»

Il contributo delle Voyager. Al di là della scoperta, curioso è il modo con il quale ci si è arrivati, grazie cioè a due sonde lanciate nel 1977: la Voyager 1, che si trova già oltre l’eliopausa, a circa 20 miliardi di chilometri di distanza dalla Terra, e la Voyager 2, che si trova ancora all’interno dell’eliopausa. In occasione di una grande emissione di particelle dal Sole (un’eruzione solare avvenuta nel 2012) arrivate fino all’eliopausa, la Voyager 2 ha registrato una diminuzione dei raggi cosmici galattici tutt’attorno alla navicella e in tutte le direzioni, mentre la Voyager 1 ha registrato una diminuzione dei raggi cosmici solo lungo la direzione del campo magnetico in quell’area.

Bow wave: l'insieme delle energie del plasma interstellare, dove si forma un'onda d'urto (bow shock) dovuta al moto del Sistema Solare (dell'intera eliosfera) attraverso la Via Lattea. | NASA / IBEX / Adler Planetarium
Bow wave: l’insieme delle energie del plasma interstellare, dove si forma un’onda d’urto (bow shock) dovuta al moto del Sistema Solare (dell’intera eliosfera) attraverso la Via Lattea. | NASA / IBEX / Adler Planetarium

Questa situazione così diversa racconta che c’è qualcosa che avviene mentre i raggi cosmici attraversano il confine del Sistema Solare e che ancora ci sfugge: capirlo, sostengono gli scienziati, può aiutarci a conoscere meglio le caratteristiche del materiale espulso dal Sole (che potrebbe influenzare ciò che gli strumenti delle sonde registrano) e conseguentemente come la nostra stella influenzi l’eliosfera. E potrà probabilmente anche darci nuove informazioni sui raggi cosmici.

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