Il Campo Magnetico Interplanetario (IMF)

Il campo magnetico interplanetario (IMF) gioca un ruolo enorme in come il vento solare interagiscono con la magnetosfera della Terra. In questo articolo impareremo cosa sia il campo magnetico interplanetario e come influenzi l'attività aurorale qui sulla Terra.

Il campo magnetico del Sole

Durante il minimo solare, il campo magnetico del Sole somiglia a quello della Terra. Somiglia un po' a un magnete a barre ordinario con le linee chiuse vicine all'equatore e le linee del campo aperte vicino ai poli. Gli scienziati chiamano queste aree dipolo. Il campo del dipolo del Sole è quasi tanto forte quanto un magnete su un frigo (circa 50 gauss). Il campo magnetico della Terra è circa 100 volte più debole.

Verso il massimo solare, quando il Sole raggiunge la sua attività massima, molte macchie solari sono visibili sul disco solare visibile. Queste sono piene di magnetismo e grandi linee del campo magnetico percorse da materiale. Queste linee di campo sono spesso centinaia di volte più forti del dipolo circostante. Questo causa al campo magnetico intorno al Sole di essere un campo magnetico molto complesso con molte linee di campo disturbate.

Il campo magnetico del nostro Sole non rimane intorno al Sole stesso. Il vento solare lo trasporta per il Sistema Solare finché non raggiunge l'eliopausa. L'eliopausa è il luogo in cui il vento solare si ferma e dove collide con il mezzo interstellare. Poiché il Sole ruota intorno al proprio asse (una volta in circa 25 giorni), il campo magnetico interplanetario ha una forma a spirale chiamata Spirale di Parker.

B_t valore

Il valore Bt del campo magnetico interplanetario ne indica la forza totale. Si tratta di una misura combinata della forza del campo magnetico nelle direzioni da nord a sud, da est a ovest, e verso il Sole contro lontano dal Sole. Maggiore è questo valore, meglio è per le condizioni geomagnetiche aumentate. Parliamo di un campo magnetico interplanetario totale moderatamente forte quando Bt eccede i 10nT. I valori forti iniziano a 20nT e parliamo di un campo magnetico interplanetario molto forte quando i valori eccedono i 30nT. Le unità sono in nanoTesla (nT), intitolato a Nikola Tesla, il famoso fisico, ingegnere e inventore.

B_x, B_y e B_z

Il campo magnetico interplanetario è una quantità vettoriale con un componente a tre assi, due dei quali (Bx e By) sono orientati parallelamente all'ellisse. I componenti Bx e By non sono importanti per l'attività aurorale e dunque non compaiono sul nostro sito web. Il terzo componente, il valore Bz è perpendicolare all'ellisse ed è creato dalle onde e altri disturbi nel vento solare.

Interazione con la magnetosfera della Terra

La direzione da nord a sud del campo magnetico interplanetario (Bz) è l'ingrediente più importante per l'attività aurorale. Quando la direzione da nord a sud (Bz) del campo magnetico interplanetario è orientata a sud, si connetterà con la magnetosfera della Terra che punta a nord. Pensa ai magneti a barre ordinari che hai a casa. Due poli opposti si attraggono! Un Bz (forte) verso sud può creare il caos con il campo magnetico terrestre, distruggendo la magnetosfera e consentendo alle particelle di ricadere nella nostra atmosfera insieme alle linee del campo magnetico terrestre. Quando queste particelle collidono con gli atomi di ossigeno e azoto che compongono la nostra atmosfera, causa loro di illuminarsi ed emettere luce che possiamo vedere come aurora.

Per sviluppare una tempesta geomagnetica è vitale che la direzione del campo magnetico interplanetario (Bz) sia verso sud. I valori continui di -10nT e inferiori sono buoni indicatori che una tempesta geomagnetica potrebbe svilupparsi, ma minore è questo valore meglio è per l'attività aurorale. Solo durante gli eventi estremi con alte velocità dei venti solari è possibile che una tempesta geomagnetica si sviluppi con un Bz verso nord (Kp5 o superiore).

Immagine: Un diagramma schematico che mostra l'interazione tra l'IMF con un Bz verso sud e la magnetosfera della Terra.

È importante notare che ancora non possiamo prevedere (accuratamente e consistentemente) il Bz(t), cioè la forza, l'orientamento e la durata del componente Bz del campo magnetico interplanetario da nord a sud di una struttura del vento solare in arrivo. Non sappiamo quali siano le caratteristiche del campo magnetico e del vento solare finché non arrivano al Punto 1 di Lagrange Sole-Terra (punto fisso nello spazio tra la Terra e il Sole a circa 1,5 milioni di chilometri da Terra), dove il satellite misura le proprietà del vento solare in arrivo. Impareremo di più su cosa sia nel prossimo paragrafo.

Misurare il campo magnetico interplanetario

I dati in tempo reale del vento solare e del campo magnetico interplanetario che potete trovare su questo sito web provengono dal satellite DSCOVR, Osservatorio Climatico dello Spazio profondo che si trova in un'orbita intorno al Punto 1 di Lagrange tra Sole e Terra. Questo è un punto nello spazio sempre situato tra il Sole e la Terra dove la gravità del Sole e della Terra hanno un'attrazione equivalente sui satelliti, il che significa che possono rimanere a un'orbita stabile intorno a questo punto. Questo punto è ideale per le missioni solari come DSCOVR, poiché danno a DSCOVR l'opportunità di misurare i parametri del vento solare e del campo magnetico interplanetario prima che arrivi alla Terra. Questo ci da un tempo di avviso da 15 a 60 minuti (in base alla velocità del vento solare) dall'arrivo delle strutture del vento solare alla Terra.

La missione dell'Osservatorio Climatico dello Spazio Profondo (DSCOVR) è ora la sorgente principale per i dati del campo magnetico interplanetario e del vento solare in tempo reale ma c'è un altro satellite al punto L1 Sole-Terra che misura il vento solare in arrivo, ovvero l'Esploratore della Composizione Avanzata. Questo satellite era la sorgente di dati meteorologici spaziali principale in tempo reale fino a luglio 2016 quando DSCOVR è divenuto completamente operativo. Il satellite Esploratore di Composizione Avanzato (ACE) sta ancora raccogliendo dati e opera principalmente come backup a DSCOVR.

Immagine: La posizione di un satellite al punto Sole-Terra L1.

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