Code di polvere scompigliate dal vento solare

La cometa McNaught in transito sull’Oceano Pacifico. Immagine scattata dal Paranal Observatory nel gennaio del 2007. Crediti: Eso/Sebastian Deiries

Ingegneri e scienziati riuniti intorno a uno schermo in una sala operativa presso il Naval Research Laboratory (Washington DC), attendevano di posare gli occhi sui primi dati della sonda spaziale Stereo (Solar and Terrestrial Relations Observatory) della Nasa. Accadeva nel gennaio del 2007, e gli strumenti a bordo dei due satelliti Stereo – A e B, lanciati solo pochi mesi prima – stavano aprendo gli occhi per la prima volta. Stereo-B fu il primo a trasmettere immagini satellitari della cometa Mc Naught, una macchia bianca e perlacea, simile a un angelo. Più tardi quel giorno, Stereo-A avrebbe restituito osservazioni simili.

La cometa C/2006 P1 – conosciuta anche come Cometa McNaught (chiamata così per l’astronomo Robert McNaught, che la scoprì nell’agosto del 2006) – è stata una delle comete più luminose visibili dalla Terra negli ultimi 50 anni. Appartenente a un gruppo soprannominato “grandi comete“, noto per l’eccezionale luminosità dei suoi membri, la particolarità che ha reso famosa questa cometa è la sua coda altamente strutturata, composta da molte distinte bande di polvere che vengono chiamate striae, o striature: conformazioni che si estendono per oltre 150 milioni di km dietro la cometa.

Come esattamente la coda della cometa si sia “biforcata” in questo modo, gli scienziati non sono stati in grado di spiegarlo. Ricordava però una di tanti anni prima: la Grande Cometa del 1744, che si diceva si fosse enormemente allargata a ventaglio, in sei code, oltre l’orizzonte: un fenomeno che gli astronomi non erano in grado di spiegare. Districando il mistero della coda di McNaught, gli scienziati speravano quindi di imparare qualcosa di nuovo sulla natura delle comete in genere e risolvere due misteri cosmici in uno.

Ora, anni dopo, Oliver Price – studente di dottorato in scienze planetaria del Mullard Space Science Laboratory dell’Università di Londra – ha sviluppato una nuova tecnica di elaborazione delle immagini per estrarre il gran numero di dati che ne sono contenuti all’interno. Le scoperte di Price, riassunte in un articolo pubblicato di recente su Icarus, offrono le prime osservazioni sulla formazione delle striature e una rivelazione inaspettata dell’effetto del Sole sulla polvere delle comete.

Gli indizi sull’universo – racchiusi nelle briciole cosmiche di gas ghiacciato che compongono le comete, vere capsule del tempo – vengono svelati ogni volta che l’orbita ellittica di una cometa si avvicina al Sole. Il calore intenso fa evaporare i gas ghiacciati e rilascia la polvere che si trova al loro interno, formando due code distinte: una di ioni, trasportata dal vento solare, e una di polvere. Capire come si comporta la polvere nella coda può dare agli scienziati gli strumenti per comprendere processi simili che hanno trasformato la stessa polvere in asteroidi, lune e persino pianeti.

Apparendo come una delle comete più grandi e strutturalmente più complesse della storia recente, McNaught era particolarmente interessante per questo tipo di studio. La sua luminosità e l’elevata produzione di polvere hanno reso molto più facile risolvere l’evoluzione delle strutture fini nella sua coda di polvere.

Il campo magnetico del Sole, che è incorporato nel vento solare, permea l’intero sistema solare. Il foglio di corrente eliosferico – dove il campo magnetico cambia polarità – si allunga da vicino all’equatore solare come una gonna ondulata attorno alla vita di un ballerino. Crediti: Goddard Space Flight Center della NASA

Price ha iniziato il suo studio concentrandosi su qualcosa che gli scienziati non potevano spiegare. «Io e il mio supervisore», ha spiegato, «abbiamo notato stranezze nelle immagini di queste striature, un’interruzione nelle linee altrimenti pulite. Per questo motivo ho deciso di scoprire cosa sarebbe potuto accadere per creare questo strano effetto». La spaccatura sembrava essere situata all’altezza della corrente eliosferica diffusa, un confine in cui l’orientamento magnetico, o polarità, del vento solare elettrificato cambia direzione. Questo aveva lasciato gli scienziati perplessi perché, mentre sapevano da tempo che la coda di ioni di una cometa è influenzata dal vento solare, non avevano mai visto prima il vento solare colpire le code di polvere. I ricercatori pensavano che la polvere nella coda della cometa C/2006 P1 – simile per dimensione al particolato del fumo di sigaretta – fosse troppo pesante per essere spostata dalla spinta del vento solare. D’altra parte, però, una minuscola coda di ioni ed elettroni viene trasportata facilmente dal vento solare. Era quindi difficile dire esattamente cosa stesse succedendo alla polvere, e in quale punto della coda: a circa cento km al secondo, la cometa stava rapidamente entrando e uscendo dal campo di vista di Stereo e Soho.

«Avevamo dati ottimi su questa cometa, ma provenivano da diverse videocamere su diversi veicoli spaziali, che si trovano in luoghi diversi. Stavo cercando un modo per riunire tutto ciò, così da ottenere un quadro completo di quello che sta accadendo nella coda», dice Price. La risposta a questo problema è stata la creazione una nuova tecnica di elaborazione delle immagini che raccoglie tutti i dati dai diversi veicoli spaziali utilizzando una simulazione della coda, dove la posizione di ogni piccolo granello di polvere è mappata per condizioni solari e caratteristiche fisiche, come la dimensione e l’età, o il tempo trascorso da quando il singolo granello è volato via dalla “testa” (coma) dalla cometa. Il risultato finale è ciò che Price ha soprannominato “mappa temporale”: una rappresentazione che fornisce informazioni su tutte le immagini prese in un dato momento, permettendo di seguire i movimenti della polvere. La mappa temporale consente a Price di osservare le striature nel tempo. I suoi video, che coprono l’arco di due settimane, sono i primi a tracciare la formazione e l’evoluzione di queste strutture, mostrando come i frammenti di polvere si rovescino dalla testa della cometa e collassino in lunghe striature.

Ma ciò che più ha entusiasmato i ricercatori è che le mappe di Price rendevano più facile spiegare lo strano effetto che aveva in principio attirato la loro attenzione. In effetti, la colpevole delle interruzioni nella coda della polvere era la corrente diffusa, che  rompe le linee altrimenti lisce e distinte di ciascuna striatura. Ci sono voluti due giorni perché tutta la coda della cometa attraversasse la corrente diffusa. Due giorni durante i quali, ogni volta che incontrava un mutamento delle condizioni magnetiche, la polvere veniva sbalzata fuori, come se stesse attraversando un dosso cosmico.

«È come se, quando la coda attraversa la corrente diffusa, le piume della striatura si arruffassero», spiega lo scienziato planetario Geraint Jones. «Provate a immaginarvi un’ala con molte piume: mentre attraversa la corrente diffusa, le estremità più leggere delle piume si piegano, deformandosi. Per noi, questa è una prova del fatto che la polvere è carica elettricamente, e che il vento solare ne sta influenzando il moto».

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Fonte: Code di polvere scompigliate dal vento solare