L’Universo delle alte energie e dei raggi X… Parte III

Il Sistema Solare

Sebbene la superficie solare a 5.500 °C, irradia la luce che illumina e riscalda la Terra, le sue tenui ed estese regioni esterne della sua atmosfera, possono raggiungere temperature di circa due milioni di gradi.

Questa corona solare è riscaldata da onde che si generano negli strati turbolenti superiori del Sole e si propagano verso l’esterno depositando la loro energia ben al di sopra della superficie visibile.

Man mano che ci si allontana, la corona si espande fino a diventare il vento solare che pervade il Sistema Solare e, guidato dai campi magnetici, influenza tutti i pianeti e i loro satelliti.

Normalmente gli astronomi possono studiare chiaramente questi fenomeni energetici nell’atmosfera solare esterna solo nei raggi ultravioletti o X, sebbene durante le eclissi solari totali alcuni fenomeni possano essere visti nella luce visibile e infrarossa.

Tale attività può includere occasionali eventi superenergetici chiamati brillamenti solari o Solar flares, che possono influenzare anche noi sulla Terra, interrompendo le comunicazioni e producendo sorprendenti manifestazioni aurorali vicino ai poli.

Le osservazioni dei raggi X della Luna iniziate negli anni sessanta, hanno contribuito ad arricchire le nostre conoscenze sulle dinamiche delle galassie con nuclei attivi ed hanno aperto la strada a nuove scoperte in questa area di ricerca.

In effetti, la Luna fu l’obiettivo di una delle primissime ricerche di raggi X oltre la Terra e il Sole da parte di Riccardo Giacconi e dei suoi collaboratori nel 1962.

Sebbene questo esperimento aveva come target principale la Luna, esso portò alla scoperta di una sorgente di raggi X al di fuori del Sistema Solare, chiamata Scorpius X-1.

Tuttavia, altri pianeti nel Sistema Solare sono stati rilevati nei raggi X.

Su Giove, le manifestazioni aurorali possono essere viste vividamente vicino ai poli.

Al contrario, su Saturno, il bagliore dei raggi X è più luminoso lungo l’equatore del pianeta.

È noto che molti oggetti del Sistema Solare emettono raggi X. Emissione di raggi X soft (0,1-2 keV) è stata rilevata dal Sole e da 5 pianeti (Venere, Terra, Marte, Giove e Saturno), oltre a diversi satelliti di pianeti e comete attive.

Ne sono responsabili numerosi meccanismi, tra cui lo scambio di carica e la fluorescenza.

Lo scambio di carica si verifica quando un atomo ionizzato si scontra con un atomo o una molecola neutra e cattura un elettrone in uno stato eccitato che decadendo emette un raggio X ad una lunghezza d’onda caratteristica.

Quest’ultima si forma quando i raggi X provenienti dal Sole colpiscono atomi di elementi come l’ossigeno presenti nell’atmosfera del pianeta, e questa radiazione viene riemessa ad una lunghezza d’onda caratteristica che identifica quegli elementi specifici.

Venere ai raggi X sembra simile a Venere nella luce visibile, ma ci sono differenze importanti.

La Venere nel visibile è dovuta alla riflessione della luce solare e, per le posizioni relative di Venere, Terra e Sole durante queste osservazioni, mostra una mezzaluna uniforme che è più luminosa verso il centro.

La Venere ai raggi X è poco meno di una mezzaluna e più luminosa sui bordi.
Le differenze sono dovute ai processi attraverso i quali Venere brilla nella luce visibile e nei raggi X.

I raggi X di Venere sono prodotti dalla fluorescenza, piuttosto che dalla riflessione.

I raggi X solari bombardano l’atmosfera di Venere, espellendo gli elettroni dalle parti interne degli atomi ed eccitando gli atomi ad un livello energetico più elevato.

Gli atomi ritornano quasi immediatamente al loro stato energetico inferiore con l’emissione di raggi X fluorescenti.

Un processo simile che coinvolge la luce ultravioletta produce la luce visibile delle lampade fluorescenti.

Dal 2002 il satellite Integral dell’ESA scruta i cieli intorno alla Terra alla ricerca di segnali di radiazioni ad alta energia, osservando le particelle emesse da fenomeni estremi come buchi neri, stelle di neutroni ed esplosioni di supernova. Il 10 novembre 2015, la sonda ha individuato casualmente qualcosa di particolarmente interessante e un po’ più vicino a casa: intense aurore che danzano attorno al polo nord della Terra.

L’immagine precedente è un singolo fotogramma di una sequenza più lunga di immagini e mostra le aurore che formano un semicerchio approssimativo alle latitudini settentrionali della Terra. Le aurore sono state avvistate per la prima volta intorno alle 11:00 GMT intorno alla Siberia orientale, a nord del Giappone, e successivamente osservate indugiare su un’area più ampia sul lato opposto del pianeta, sopra il Canada e la Groenlandia.

Integral si stava inizialmente preparando per la ricerca astronomica quando ha osservato questa aurora; la sonda stava progettando di osservare i cieli alle lunghezze d’onda dei raggi X per misurare qualcosa noto come fondo cosmico di raggi X, un livello diffuso di radiazione che pervade il cosmo ed è collegato a eventi ad alta energia come i buchi neri che divorano il materiale nelle loro vicinanze in galassie lontane. Questo sfondo è sottile e difficile da rilevare e in questo caso, le aurore inaspettatamente forti che illuminano la Terra, lo hanno soffocato.

Tuttavia, le osservazioni erano tutt’altro che sprecate. Potrebbero essere conosciute per i loro spettacoli di luci mozzafiato, ma le aurore possono rivelare molto sullo spazio che circonda il nostro pianeta. Si creano quando le particelle del vento solare entrano negli strati superiori della nostra atmosfera e interagiscono con la materia, innescando esplosioni di luce e riempiendo il cielo con i loro caratteristici fogli di colore scintillanti e increspati.

Le aurore sono transitorie e difficili da prevedere; Catturare un esempio così intenso con Integral ha aiutato gli scienziati a comprendere meglio la distribuzione e la quantità di particelle cariche che circondano il nostro pianeta e a caratterizzare l’interazione tra il Sole e la nostra magnetosfera, la regione dello spazio su cui domina il campo magnetico della Terra.

Concludo questa dissertazione, lasciandovi alla visione di questo spettacolare e rilassante video dell’aurora boreale.

Nel prossimo post, ci spingeremo fino ai limiti dello spettro elettromagnetico, introducendo i raggi Gamma.

Stay tuned!