Campo magnetico, per la Terra è uno scudo e sugli altri pianeti cosa succede?

Il campo geomagnetico è un fenomeno naturale presente sul pianeta Terra. Esso è assimilabile al campo magnetico generato da un dipolo magnetico con poli magnetici non coincidenti con quelli geografici e non statici, e con asse inclinato di 11,5° rispetto all’asse di rotazione terrestre. Le ipotesi sulle origini di questo campo sono numerose, ma oggi le teorie sono orientate verso un modello analogo a quello di una dinamo ad autoeccitazione. Anche altri corpi celesti, come il Sole o Giove, generano un loro campo magnetico. Il campo geomagnetico è stato il primo campo terrestre ad essere teorizzato e descritto. La sua scoperta è attribuita alle osservazioni di Pierre de Maricourt, scienziato francese del XIII secolo, riportate nella sua Epistola de magnete (Lettera sul magnete), scritta nel 1269. Il campo geomagnetico causa numerosi effetti facilmente sperimentabili, ad esempio l’aurora polare è generata dall’interazione tra il vento solare e la magnetosfera. Il magnetismo terrestre ha inoltre una notevole importanza per la vita sulla Terra: esso si estende per svariate decine di migliaia di chilometri nello spazio, formando una zona chiamata magnetosfera, la cui presenza genera una sorta di “scudo” elettromagnetico che devia i raggi cosmici e tutte le particelle cariche, riducendo la quantità che raggiunge il suolo dando origine alle fasce di Van Allen.

Mercurio

Proprio l’ultimo giorno di aprile del 2015, la sonda Messenger della NASA ha completato le sue operazioni schiantandosi sulla superficie di Mercurio. La sonda ha rivelato che il nucleo di ferro del pianeta ha generato un campo magnetico per gli ultimi 3.8 milioni di anni circa, rendendolo potenzialmente tra i più duraturi dei pianeti del sistema solare. Prima di schiantarsi deliberatamente sulla superficie di Mercurio la scorsa settimana, Messenger si è tenuta a debita distanza per la maggior parte della sua missione quadriennale, compiendo un’orbita altamente ellittica che la poneva ad una distanza minima di 200 km dalla superficie bruciata del pianeta. Nei mesi prima del suo tuffo, ha spiralizzato sempre più prossima alla superficie, per poi andare in picchiata fino a circa 15 km sopra di essa. Questo le ha consentito di avere una veduta ravvicinata del campo magnetico del pianeta. Gli astronomi sapevano già che Mercurio avesse un campo magnetico di intensità pari ad un centesimo di quello della Terra, e che la rotazione del ferro liquido nel nucleo genera il campo magnetico, proprio come avviene dentro la Terra. Ma quando Messenger si è ritrovata ad un’altitudine di circa 100 km, ha scorto un ulteriore traccia magnetica provenire dalle rocce sulla superficie.

Freddi magneti

“E’ come avere un piccolo reticolo di magneti refrigeranti”, dice Catherine Johnson dell’University of British Columbia di Vancouver, in Canada. “Abbiamo sorvolato quest’area 20, 30 volte prima di adesso, e non avevamo mai visto tutto ciò. Non saremmo stai in grado di rilevare questi segnali se non avessimo sorvolato il pianeta molto da vicino.” Il segnale è cambiato da non-esistente ad un’altitudine di 150 km a dominante a 15 km. Questo ha confermato che esso proviene necessariamente dalla crosta esterna, e che non può essere prodotto dal campo magnetico del nucleo interagente con le particelle cariche provenienti dal Sole, il che avrebbe prodotto invece un segnale considerevole già ad altitudini maggiori. Il magnetismo al livello più alto è stato trovato dove il suolo risulta avere tra 3.7 e 3.9 miliardi di anni, sulla base della craterizzazione della superficie – le rocce più antiche sono quelle più butterate da crateri. Le rocce diventano magnetiche a causa del campo magnetico planetario quando sono ancora fuse, poichè questo campo si blocca al loro interno quando esse si raffreddano e solidificano. La presenza di magnetismo di questa età al livello del suolo ci suggerisce pertanto che Mercurio abbia avuto un campo magnetico già 3.9 miliardi di anni fa – quasi quanto l’intera durata della sua storia di 4.5 miliardi di anni. Se tale campo così antico ha persistito fino ad oggi, renderebbe Mercurio il pianeta con i campi magnetici più duraturi conosciuti nel sistema solare. La traccia più antica del campo magnetico della Terra si colloca infatti a 3.5 miliardi di anni. Ma Messenger non può raccontarci l’intera storia del campo magnetico di Mercurio, fa notare Hao Cao del California Institute of Technology a Pasadena. “Non sappiamo attualmente se Mercurio abbia sempre avuto un campo magnetico nell’arco dei 3.8 miliardi di anni,” egli afferma. “Questo è un grande enigma. Potrei tranquillamente immaginare che all’inizio Mercurio avesse un campo magnetico, e che poi per la maggior parte della sua vita non lo abbia avuto, per poi ritornare ad avere un campo magnetico come quello che osserviamo adesso solo in tempi recenti.” Il prossimo visitatore di Mercurio, un satellite Giapponese-Europeo chiamato BepiColombo, potrebbe risolvere l’enigma se riuscirà ad ottenere mappe globali più dettagliate dei campi magnetici della crosta, dopo che arriverà in sito nel 2024. (Astronomia.com)

Venere

Nel 1967 Venera-4 ha scoperto che Venere possiede un campo magnetico molto più debole di quello terrestre. Questo campo magnetico viene generato da un’interazione tra la ionosfera e il vento solare, contrariamente a quanto avviene nel caso del nostro pianeta il cui campo nasce dall’effetto dinamo delle correnti convettive all’interno del mantello. Il campo venusiano si dimostra essere troppo debole per fornire una adeguata protezione dal vento solare. Le particelle dell’alta atmosfera vengono infatti continuamente strappate al campo gravitazionale del pianeta per disperdersi nello spazio. La mancanza di un campo magnetico intrinseco a Venere è un dato sorprendente, visto che è simile alla Terra per dimensioni, e inizialmente si era previsto anche per questo pianeta un effetto dinamo all’interno del mantello. Una dinamo richiede tre cose: un liquido conduttivo, la rotazione del nucleo e la convezione. Il nucleo è ipotizzato elettricamente conduttivo e, nonostante la lentezza della rotazione, le simulazioni mostrano che questa sarebbe sufficiente per produrre una dinamo. Questo implica che la dinamo manca a causa dell’assenza di convezione. Sulla Terra la convezione si verifica nel mantello a causa della temperatura inferiore di questo rispetto a quella del nucleo. Su Venere un evento di rifacimento globale può avere interrotto la tettonica a zolle e quindi eliminato le correnti convettive. Ciò ha causato l’innalzamento della temperatura del mantello e ridotto così il flusso di calore proveniente dal nucleo. Come risultato non c’è una geodinamo interna che può produrre un campo magnetico. Una possibilità è che Venere non abbia un nucleo interno solido o che non ci sia un gradiente di temperatura all’interno in modo che tutta la parte liquida del nucleo sia approssimativamente alla stessa temperatura. Un’altra possibilità è che il suo nucleo sia già completamente solidificato. Lo stato del nucleo dipende in larga misura dalla concentrazione di zolfo che non è attualmente nota.

Marte

Il nucleo di Marte è composto principalmente da ferro con il 14-17% di solfuro ferroso e si estende per un raggio di circa 1480 km. Molto probabilmente il nucleo non è liquido, ma allo stato viscoso; di conseguenza Marte non presenta un campo magnetico apprezzabile né attività geologica di rilievo. Questo comporta la mancanza di protezione del suolo del pianeta dall’attività di particelle cosmiche ad alta energia; tuttavia la maggiore distanza dal Sole rende meno violente le conseguenze della sua attività. Anche se Marte non dispone di un campo magnetico intrinseco, è possibile provare che parti della sua crosta siano state magnetiche e che si sia avuta una polarità alternata attorno ai suoi due poli. Una teoria, pubblicata nel 1999 e rivista nel 2005 assieme alle ricerche del Mars Global Surveyor, deduce dal paleomagnetismo marziano che fino a circa 4 miliardi di anni fa esistevano movimenti tettonici su Marte e la loro scomparsa è la causa di una magnetosfera quasi inesistente

Giove

Giove possiede un campo magnetico di grande intensità, circa 12 volte più grande di quello del nostro pianeta, e il suo asse magnetico è inclinato di circa 11° rispetto a quello di rotazione. L’esistenza di un campo magnetico è spiegata dalla presenza nell’interno di Giove di idrogeno metallico fluido che, essendo un buon conduttore e ruotando a forte velocità, genera campi magnetici. Le caratteristiche del campo sono simili a quelle del campo magnetico terrestre: anche qui abbiamo due poli, ma invertiti; per cui l’ago di una bussola su questo gigante gassoso indicherebbe il sud e non il nord. Anche per Giove è il vento solare a creare la magnetosfera, che è formata da una zona in cui sono assenti le cariche elettriche (magnetopausa), un disco di plasma e una coda magnetica che arriva fino a Saturno. (Gruppo Astrofili Pescaresi)

Saturno

L’esistenza della magnetosfera di Saturno è stata accertata dalla sonda Pioneer 11 nel 1979. Di semplice forma simmetrica la sua intensità all’equatore è di 0,2 gauss circa un ventesimo di quello di Giove, e anche leggermente più debole del campo magnetico terrestre. Quando la Voyager 2 entrò nella magnetosfera di Saturno, l’intensità del vento solare era alta e la magnetosfera si estendeva solo fino a 19 raggi saturniani, o 1,1 milioni di chilometri. La sua origine, come per il pianeta Giove, è dovuta allo strato di idrogeno liquido all’interno del pianeta, ove si producono frequenti scariche elettriche, ed alla elevata velocità di rotazione. Un altro fattore che spiega la sua debole magnetosfera deriva dall’orientamento della stessa, che è quasi coincidente con l’asse di rotazione del pianeta, con uno scarto di solo 1° (contro i 10° di Giove). La magnetosfera è composta da fasce di radiazione a forma di toroide nelle quali si ritrovano elettroni e nuclei atomici ionizzati. Il tutto si estende per oltre 2 milioni di km e anche oltre nella direzione opposta a quella del Sole. L’interazione tra la magnetosfera e la ionosfera provoca aurore polari che circondano i poli. Queste aurore sono state fotografate anche dal telescopio spaziale Hubble. Altre interazioni dovute al campo magnetico sono state osservate tra i suoi satelliti: una nube composta da atomi di idrogeno che va dall’orbita di Titano fino all’orbita di Rea e un disco di plasma, anche questo formato da idrogeno e ioni di ossigeno, che si estende dall’orbita di Teti fino quasi all’orbita di Titano.

Urano

Solo grazie alla sonda Voyager 2 è stato possibile scoprire l’esistenza del campo magnetico di Urano con una intensità 50 volte maggiore quella del campo magnetico terrestre, in conseguenza della sua rapida rotazione. La sua principale caratteristica è quella di essere inclinato di 55° rispetto all’asse di rotazione mentre per tutti gli altri pianeti lo stesso angolo non supera mai i 10°. Ne consegue che i poli magnetici invece di trovarsi (come ad esempio sulla Terra) ai poli nord e sud si trovano vicini all’equatore. Come per gli altri pianeti l’origine del campo magnetico è dovuta all’effetto dinamo causato dalla rapida rotazione dei fluidi negli strati interni. La magnetosfera di Urano non presenta proprietà particolari, rispetto a quelle degli altri pianeti, salvo il fatto che tutti i satelliti e gli anelli passano attraverso di essa che ruota con lo stesso periodo del pianeta. È possibile che il campo magnetico di Urano sia in parte di origine fossile ed in parte di origine interna. In altri termini in esso si troverebbe traccia del campo magnetico presente nella nebulosa da cui ha tratto origine il Sistema Solare. (stelle.bo.astro.it/archivio).

Nettuno

Viaggiando verso Nettuno il Voyager 2, poco prima dell’arrivo in prossimità del pianeta, registrò impulsi radio che si ripetevano ogni 16.11 ore. Si trattava di emissione radio dovuta alle particelle cariche intrappolate nel campo magnetico di Nettuno. La periodicità di 16.11 ore rappresentava il vero periodo di rotazione del pianeta (poi confermato dalle osservazioni dei dettagli visibili sulla superficie del pianeta). Il campo magnetico di Nettuno è inclinato di 47° rispetto all’asse di rotazione. Ne consegue che la sorgente del campo magnetico non si trova al centro del pianeta ma molto spostata, quasi a metà tra centro e superficie. Questi risultati suggeriscono che il campo magnetico sia originato all’interno di un mantello fluido che circola attorno ad un nucleo solido. L’intensità è circa la metà del campo magnetico di Urano. Nella magnetosfera le particelle cariche hanno una densità minore di 2 particelle per cm3 mentre per Urano è di 6 particelle per cm3 e per Giove di 6000 particelle per cm3. (stelle.bo.astro.it/archivio)

 

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