Nei freddi cieli polari, il razzo della NASA osserverà un’aurora attiva aumentare il calore

Credito: Unsplash/CC0 di dominio pubblico

Se vedi l’aurora boreale in alto, è probabile che ti trovi in ​​un clima freddo e polare. Ma le delizie del freddo, note anche come aurora boreale, in alto sopra di te sono in realtà un’importante fonte di calore. Una nuova missione della NASA spera di volare attraverso un’aurora attiva per studiare da vicino questo processo di scambio di energia. La finestra di lancio dell’accoppiamento Ion-Neutral durante la missione Active Aurora, o INCAA, si aprirà presso il Poker Flat Research Range a Poker Flat, in Alaska, il 23 marzo.

Come residenti della troposfera, lo strato atmosferico più basso della Terra, siamo abituati all’aria fatta di particelle neutre. L’ossigeno e l’azoto che respiriamo sono atomi e molecole magneticamente bilanciati con tutti i loro elettroni rappresentati. Ma centinaia di miglia sopra di noi, la nostra aria inizia a cambiare radicalmente carattere. Energizzati dai raggi solari non filtrati, gli elettroni vengono strappati dai loro atomi, che poi assumono una carica positiva. Un gas una volta neutro si trasforma in uno stato della materia elettricamente reattivo noto come plasma.

Non esiste un taglio definitivo dove finisce il gas neutro e inizia il plasma. Invece, c’è uno strato limite esteso in cui le due popolazioni si mescolano. I venti quotidiani e le perturbazioni magnetiche inviano le due popolazioni di particelle in direzioni diverse, scontrandosi occasionalmente e creando di conseguenza una fisica interessante.

“L’attrito è una grande analogia”, ha affermato Stephen Kaeppler, assistente professore di fisica e astronomia alla Clemson University nella Carolina del Sud e ricercatore principale per la missione INCAA. “Sappiamo tutti che sfreghiamo le mani insieme, otterrai calore. È la stessa idea di base, tranne per il fatto che ora abbiamo a che fare con i gas”.

Questo strato limite, dove si incontrano atmosfera neutra e plasma, subisce un attrito costante. Ma le aurore attive alzano tutto di un livello.

Le aurore si formano quando gli elettroni provenienti dallo spazio vicino alla Terra si riversano improvvisamente nella nostra atmosfera. Alla fine si scontrano con particelle neutre, dando loro fuoco.







Un’animazione concettuale che mostra gli elettroni che viaggiano lungo le linee del campo magnetico terrestre, scontrandosi in particelle nell’atmosfera terrestre per innescare l’aurora. Credito: Goddard Space Flight Center/CILab/Bailee DesRocher della NASA

“È come prendere d’assalto il campo di football dopo una partita del college”, ha detto Kaeppler. “Le persone in cima allo stadio corrono verso il campo e man mano che ti avvicini al campo, la folla diventa sempre più fitta. Ecco come è per gli elettroni che affrontano la crescente densità neutra dell’alta atmosfera”.

Immergendosi nell’atmosfera affollata, questi elettroni entrano in collisione con atomi neutri, generando attrito e calore all’interno dell’aurora. Ma stimolano anche lo strato limite più ampio, migliorando la miscelazione e l’attrito su scale più ampie. Capire come l’aurora influenza lo strato limite è la chiave per capire quanta energia alla fine rilasciano nella nostra atmosfera superiore.

A tal fine, Kaeppler e il suo team stanno lanciando INCAA, sperando di volare attraverso un’aurora e misurare come cambia questo strato limite in cui il plasma incontra il gas neutro.

INCAA è composto da due carichi utili, ciascuno montato su un razzo sonoro separato. I razzi sonori sono piccoli veicoli di lancio progettati per salire nello spazio per alcuni minuti di misurazioni prima di ricadere sulla Terra. I razzi sonori sono ideali per studiare fenomeni brevi e transitori come le aurore, che possono formarsi in un punto e poi scomparire nel giro di pochi minuti.

La squadra aspetterà al trampolino di lancio fino a quando un’aurora non sarà sopra la sua testa, quindi lancerà i due razzi in rapida successione. Durante la salita il primo razzo rilascerà traccianti di vapore, sostanze chimiche colorate simili a quelle utilizzate negli spettacoli pirotecnici, prima di raggiungere la sua altitudine massima di circa 186 miglia. I traccianti del vapore creano nuvole visibili che i ricercatori possono vedere da terra, tracciando i venti nell’atmosfera neutra, come far cadere un colorante alimentare in un lavandino pieno d’acqua per vedere come si muove l’acqua. Il secondo razzo verrà lanciato poco dopo, raggiungendo circa 125 miglia di altitudine per misurare la temperatura e la densità del plasma dentro e intorno all’aurora.

Quello che i dati mostreranno è un’ipotesi di chiunque, ma Kaeppler spera di sapere come l’aurora sposti questo strato limite in cui l’aria elettrificata incontra il neutro. Potrebbe spingerlo più lontano verso il suolo, sollevarlo più in alto o forse farlo ripiegare su se stesso. Ognuna di queste possibilità influenza il modo in cui il nostro pianeta scambia energia con lo spazio circostante, ma tutto dipende dai dettagli. “Tutti questi fattori rendono questo un problema di fisica interessante da esaminare”, ha detto Kaeppler.


La squadra missilistica della NASA per inseguire l’aurora pulsante


Fornito dal Goddard Space Flight Center della NASA

Citazione: Nei freddi cieli polari, il razzo della NASA osserverà un’aurora attiva alzare il caldo (2022, 21 marzo) recuperata il 22 marzo 2022 da https://phys.org/news/2022-03-cold-polar-nasa-rocket- aurora.html

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