Durante la supertempesta geomagnetica del maggio 2024, il flusso di elettroni ultrarelativistici con energie intorno ai 3 megaelettronvolt è aumentato di oltre 5.000 volte all’interno della regione che si riteneva li tenesse lontani dalla Terra. Le misure del satellite giapponese Arase indicano che, in condizioni estreme, gli elettroni possono essere accelerati proprio in questa zona. La ricerca, guidata dal fisico spaziale Yoshizumi Miyoshi dell’Università di Nagoya, è stata pubblicata su Geophysical Research Letters.
La Terra è circondata dalle fasce di Van Allen, due regioni a forma di ciambella in cui il campo magnetico del pianeta intrappola particelle energetiche, soprattutto protoni ed elettroni. La fascia esterna contiene principalmente elettroni energizzati da processi innescati dal Sole; molti protoni della fascia interna, invece, derivano da particelle prodotte quando i raggi cosmici colpiscono l’atmosfera terrestre.
Gli elettroni più energetici, detti «killer», possono viaggiare quasi alla velocità della luce. Durante le tempeste geomagnetiche, le interazioni con le onde elettromagnetiche nell’ambiente magnetico terrestre possono accelerarli ulteriormente. La loro energia è sufficiente a penetrare le schermature dei satelliti e danneggiare componenti elettronici sensibili, riducendo la durata dei veicoli spaziali. Possono inoltre aumentare l’esposizione alle radiazioni degli astronauti.
Per oltre un decennio, la fascia interna è stata considerata una barriera naturale contro questi elettroni. Nel 2014, le osservazioni delle sonde Van Allen della NASA avevano mostrato un confine netto, a circa tre raggi terrestri dal centro del pianeta, oltre il quale le particelle più energetiche arrivavano di rado. Gli scienziati ipotizzarono che le onde elettromagnetiche in una regione di plasma freddo attorno alla Terra disperdessero gli elettroni dalle loro orbite intrappolate, facendoli precipitare nell’atmosfera. Insieme alla lenta migrazione delle particelle verso l’interno, questo processo sembrava mantenerle a distanza.
L’idea di una barriera impenetrabile fu però messa in discussione già nel 2018. I ricercatori proposero che il confine osservato potesse dipendere dalla durata limitata delle tempeste geomagnetiche: le variazioni del campo magnetico potevano spingere gli elettroni verso la Terra, ma spesso la tempesta terminava prima che riuscissero ad avanzare molto.
Nel 2024, l’analisi di osservazioni raccolte tra il 1996 e il 2006 aveva inoltre mostrato che le onde elettromagnetiche generate dai fulmini possono far precipitare nell’atmosfera elettroni killer già intrappolati nella fascia interna. I dati fornivano ulteriori indizi della presenza di elettroni con energie di megaelettronvolt ben oltre il confine ritenuto invalicabile.
La tempesta del maggio 2024 offrì un’occasione per osservare il fenomeno in condizioni eccezionali. Il Sole produsse una serie di brillamenti ed espulsioni di massa coronale, cioè emissioni di plasma magnetizzato, scagliando miliardi di tonnellate di materiale attraverso il Sistema solare. Sulla Terra si verificò una tempesta geomagnetica di livello G5, la categoria più intensa della scala. I suoi effetti furono registrati persino sui fondali oceanici.
La tempesta ridusse drasticamente la quantità di plasma freddo nella plasmasfera, la regione di plasma che circonda la Terra. In questo ambiente insolitamente rarefatto poté svilupparsi un tipo di onda elettromagnetica chiamato «chorus». «Quando viene convertita in audio, sembra il canto di un uccello», spiega Miyoshi. A differenza di altre onde, che tendono a disperdere gli elettroni, il chorus sembra averli accelerati fino a energie molto elevate proprio all’interno della barriera.
Miyoshi et al., Geophysical Research Letters, 2026
Arase, che monitora le fasce di radiazione dal 2017, ha rilevato un forte aumento degli elettroni ultrarelativistici durante la fase di recupero della tempesta. Per le particelle con energie intorno ai 3 megaelettronvolt, il flusso è cresciuto di oltre 5.000 volte rispetto ai livelli precedenti all’evento.
Anche la sequenza temporale è significativa: prima sono comparsi in gran numero gli elettroni a energia più bassa; circa mezza giornata dopo sono arrivati quelli più energetici. All’incirca un giorno dopo l’inizio dell’aumento, è cresciuto rapidamente anche il numero di particelle con energie superiori a 3 megaelettronvolt. Questa progressione suggerisce che gli elettroni non siano stati soltanto trasportati verso l’interno da altre regioni, ma abbiano acquistato energia sul posto.
Un ulteriore indizio viene dalla loro distribuzione, che mostrava un picco ben distinto vicino al confine della barriera. Il dato è difficile da spiegare con il solo trasporto verso l’interno, ma è compatibile con un’accelerazione locale, seguita dalla diffusione degli elettroni sia verso la Terra sia verso l’esterno. Nel complesso, le osservazioni suggeriscono che la diminuzione del plasma freddo abbia creato condizioni favorevoli a un comportamento degli elettroni normalmente osservato più lontano dal pianeta.
Il ritorno alla normalità è stato lento: Arase ha continuato a registrare una diminuzione degli elettroni ultrarelativistici fino all’ottobre 2024, quando un’altra tempesta solare ha investito lo spazio vicino alla Terra. Le osservazioni indicano che la fascia interna non è sempre una barriera efficace, ma non dimostrano che gli elettroni vengano accelerati in questo modo durante ogni tempesta: il fenomeno è stato rilevato in condizioni particolarmente estreme.
«Questa scoperta sottolinea la necessità di capire e prevedere il comportamento degli elettroni energetici in condizioni meteorologiche spaziali estreme», afferma Miyoshi. «Queste conoscenze sono importanti per valutare i rischi legati alle radiazioni per i veicoli spaziali e migliorare le previsioni future delle condizioni meteorologiche spaziali».
Fonte: sciencealert.com
