Durante la supertempesta geomagnetica del maggio 2024, la sonda giapponese Arase ha rilevato elettroni con energie superiori a 3 megaelettronvolt in una regione vicino alla Terra che normalmente li tiene fuori. Particelle così energetiche possono attraversare alcune schermature dei satelliti. Le osservazioni indicano che gli elettroni si siano accelerati nella regione stessa, anziché essere arrivati già carichi di energia dalla fascia di radiazione esterna.
A ricostruire il fenomeno è stato un gruppo guidato da Yoshizumi Miyoshi dell’Università di Nagoya, analizzando i dati raccolti da Arase, missione gestita dall’agenzia spaziale giapponese JAXA. Lo studio è stato pubblicato il 26 ottobre 2026 su Geophysical Research Letters. Capire dove possono comparire particelle pericolose è importante per valutare i rischi delle radiazioni per i veicoli spaziali, soprattutto durante le tempeste solari più intense.
Il campo magnetico terrestre intrappola particelle cariche, come protoni ed elettroni, in due regioni a forma di ciambella chiamate fasce di radiazione di Van Allen. Le particelle presenti in queste fasce possono danneggiare l’hardware e i componenti elettronici dei veicoli spaziali. Al margine interno della fascia esterna, a circa tre raggi terrestri dal centro del pianeta, gli elettroni più energetici incontrano di solito una sorta di confine: al suo interno, in condizioni normali, non si trovano particelle che si muovono a velocità così elevate.
Questa apparente barriera è stata individuata per la prima volta nel 2014, ma la sua origine non è ancora del tutto chiarita. Una possibile spiegazione coinvolge il cosiddetto plasmaspheric hiss, onde radio a bassa frequenza che, convertite in suono, ricordano un fruscio statico. Si formano nella magnetosfera, la regione dello spazio dominata dal campo magnetico terrestre. Anche le trasmissioni radio a bassissima frequenza usate dall’uomo per comunicare con i sottomarini potrebbero contribuire a definire il confine, disperdendo gli elettroni delle fasce nell’atmosfera.
«Una delle domande fondamentali era come questi elettroni altamente energetici fossero comparsi all’interno della barriera», ha dichiarato Miyoshi, professore all’Istituto di ricerca sull’ambiente spaziale e terrestre (ISEE) dell’Università di Nagoya e autore principale dello studio. «Sono stati trasportati verso l’interno dalla fascia di radiazione esterna oppure sono stati accelerati localmente in questa regione?»
La supertempesta del maggio 2024, provocata da un’intensa attività solare, portò l’aurora boreale fino a Hokkaido e più a sud, nella prefettura giapponese di Hyogo. Nello spazio, la tempesta ridusse drasticamente la plasmasfera, una regione ricca di particelle cariche relativamente fredde. Il suo confine esterno si ritirò insolitamente vicino alla Terra, rendendo molto meno densa di plasma l’area intorno alla barriera.
In queste condizioni, gli elettroni più caldi poterono spingersi più vicino al pianeta e generare onde elettromagnetiche naturali a bassa frequenza, chiamate onde chorus. Arase ne rilevò di intense, con frequenze che aumentavano ripetutamente. «Quando vengono convertite in suono, sembrano il canto di un uccello», ha spiegato Miyoshi.
Le onde chorus si propagano nel campo magnetico terrestre e possono trasferire energia agli elettroni quando le loro oscillazioni entrano in risonanza con il movimento a spirale delle particelle attorno alle linee del campo. «In genere, la plasmasfera si ripristina nell’arco di circa due giorni», ha detto Miyoshi. «Durante la supertempesta del maggio 2024, invece, nella regione osservata sono serviti circa 4,3-4,7 giorni perché la densità del plasma tornasse a superare la metà del livello precedente alla tempesta». La bassa densità persistette quindi per diversi giorni, creando condizioni che potrebbero aver favorito l’attività delle onde e l’accelerazione continua degli elettroni all’interno della barriera.
Per distinguere l’accelerazione locale dal semplice ingresso di elettroni già energetici, i ricercatori hanno esaminato la densità di spazio delle fasi degli elettroni, o PSD: una misura che descrive come le particelle sono distribuite in base alla loro energia e al loro moto. Hanno confrontato le misurazioni raccolte da Arase durante più orbite, osservando come la PSD variasse con la distanza dalla Terra e tenendo conto dei cambiamenti nel movimento degli elettroni.
Vicino al consueto confine della barriera è comparso un picco netto, diventato più marcato nel tempo. La sua crescita è un indizio che gli elettroni abbiano acquisito energia sul posto, invece di essere stati semplicemente trasportati verso l’interno dalla fascia esterna. I risultati suggeriscono dunque che, durante eventi meteorologici spaziali estremi, anche alcune zone considerate relativamente protette possano essere interessate da forti aumenti delle radiazioni.
Le osservazioni aiutano a comprendere come la magnetosfera reagisca a un’attività solare intensa e sottolineano l’importanza di monitorare l’ambiente spaziale vicino alla Terra. «Questa scoperta evidenzia la necessità di capire e prevedere il comportamento degli elettroni energetici in condizioni meteorologiche spaziali estreme», ha detto Miyoshi. «Queste conoscenze sono importanti per valutare i rischi radiativi per i veicoli spaziali e migliorare le previsioni future delle condizioni meteorologiche spaziali».
Lo studio, intitolato «Accelerazione locale di elettroni multi-MeV all’interno della barriera impenetrabile terrestre durante la supertempesta del maggio 2024», è firmato da Y. Miyoshi, S. Kurita, A. Shinbori, K. Yamamoto, C.-W. Jun, S. Matsuda, S. Saito, R. Kataoka, D. Wang, I. Shinohara, T. Takashima, T. Mitani, N. Higashio, A. Matsuoka, Y. Kasahara, F. Tsuchiya, A. Kumamoto, T. Hori, N. Kitamura e M. Teramoto. DOI: 10.1029/2026GL125879.
Fonte: scitechdaily.com
