“In a nutshell” about Aurora–3e. radiazioni a confronto

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In superficie e nello spazio: comportamento e propagazione

Breve episodio che completa il precedente di questa serie, tutta dedicata al viaggio verso le Aurore; è fondamentale capire le differenze tra i due tipi di radiazione, quella elettromagnetica e quella particellare, che hanno modalità diverse di interazione nello spazio e con la materia.

elaborazione evocativa di Tiziana “Tirtha” Giammetta sul selfie di Luca Parmitano: qui la rappresentazione riporta un atomo completo, mentre nello spazio il plasma è composto da nuclei ed elettroni slegati ed indipendenti clicca per ingrandire, click to enlarge

La radiazione elettromagnetica e quella particellare hanno comportamenti diversi

nella rappresentazione, in cui dimensioni e distanze NON sono in scala, è visibile sia la radiazione elettromagnetica che quella particellare

Sulla Terra

Sulla Terra siamo protetti dal nostro incredibile Campo Magnetico e dalla meravigliosa Atmosfera, l’uno che devìa le particelle cariche ad alta energia e quindi pericolose verso i Poli, e contemporaneamente l’altra che scherma le radiazioni elettromagnetiche più letali prima che raggiungano la superficie.

EMR – Le radiazioni elettromagnetiche

Ricordo, dal post precedente, che si tratta di diverse frequenze dello spettro, Radio, Microonde, Infrarossi, Luce Visibile, Ultravioletti, X e Gamma.

Sono fotoni e si distinguono nelle varie componenti dello spettro, non subiscono l’influenza dei campi magnetici quindi non essendo deflesse-deviate passano dritte incuranti delle Fasce di Van Allen.

Quando arrivano nella stratosfera e incontrano la fascia dell’Ozono…

… i fotoni UV scindono/spezzano gli atomi di Ossigeno biatomico (ossigeno molecolare) provocando la formazione di molecole di ossigeno triatomico (Ozono, perché atomi di Ossigeno si scontrano ed uniscono con l’Ossigeno molecolare), e di conseguenza scaldando l’atmosfera a questa quota (gradiente termico).

Questo strato quindi filtra le componenti più dannose dei raggi UV.

Le UV-B sono filtrate al 95%, le UV-C completamente!

Mentre le componenti più pericolose B e C dei fotoni UV vengono schermate qui, la restante atmosfera non lascia passare le onde corte a maggiore energia, quindi X e gamma, le più letali perché ionizzanti.

Radiazioni particellari

Essendo noi schermati sia dal campo magnetico che dall’atmosfera, esse sono:

  • lo sciame secondario di raggi cosmici, che resta più pericoloso a partire dalla quota di volo degli aerei di linea in su
  • quelli che ci raggiungono a Terra, pur consistenti, non rappresentano più un pericolo
eruzione di massa coronale vista da uno spettroeliografo, il cerchio centrale rappresenta le dimensioni del Sole
  • le particelle “segnalate” dalle Aurore restano a quote molto alte (semmai sono le correnti elettriche indotte dal campo magnetico a rappresentare un pericolo per il rischio di alto voltaggio)
foto di Maciej Winiarczyk clicca per ingrandire, click to enlarge

Aerei di linea: alle altitudini a cui volano, il numero di protoni+ solari sui Poli è il doppio del loro numero sull’equatore, e aumentano con l’approssimarsi del picco del ciclo solare.

il ciclo solare dura 11 anni, quindi 22 per tornare alla situazione di partenza. Durante questi cicli si va da un minimo di attività solare, con poche macchie, ad un massimo con grande attività di superficie e conseguentemente un Meteo Spaziale molto più turbolento ed attivo.

Malattie degenerative possono essere provocate anche quando i protoni colpiscono un atomo dell’aria o delle pareti dell’aereo, liberando un neutrone il quale può colpire i tessuti umani e danneggiare le cellule.

credits ESA

Ovviamente le compagnie sono perfettamente al corrente di questi pericoli e monitorano costantemente la situazione, potendo decidere al bisogno di modificare la rotta in caso di forti pericoli di esposizione.

Nello Spazio invece?

La radiazione spaziale è molto diversa da quella sperimentata sulla TerraLo spazio infatti è la “patria” delle Radiazioni Particellari, che subiscono l’influenza dei campi magnetici di pianeti, stelle ed altri corpi astronomici.

credits ESA

Lo spazio è permeato di radiazioni e di particelle dotate di sufficiente energia per scontrarsi violentemente con i nuclei delle schermature e del tessuto umano: tali collisioni possono dare origine a nuove particelle in quanto i nuclei in arrivo e la schermatura dei nuclei si rompono”

dottor Lisa SimonsenNASA
la rappresentazine artistica ha il solo scopo di evocare l’idea della ionizzazione, ma in realtà come visto le radiazioni particellari non risultano visibili a occhio nudo

“Non puoi vederle, non puoi sentirle. Non sai che sei sottoposto ad un bombardamento a base di radiazioni o, se lo sai, non te ne accorgi“
(dottor Lisa Simonsen, della NASA)

astronauta in Attività Extra Veicolare EVA – credits NASA clicca per ingrandire, click to enlarge

Attento quindi: le collisioni causate da particelle corpuscolari ad alta energia possono dare origine a nuove particelle ma anche ad emissioni di radiazione elettromagnetica ionizzante (per questo si chiamano “radiazioni particellari”!).

Quindi, nello spazio come si propagano le diverse radiazioni?

Radiazioni Elettromagnetiche

Le radiazioni elettromagnetiche emesse da qualunque “oggetto” astronomico:
– da quelli più scontati come stelle, pulsar, stelle di neutroni, magnetar, nane rosse, bianche etc
– a quelli meno scontati come quasar e buchi neri, nane nere
– fino a quelli già più difficili da indovinare per chi non ha pratica di astronomia, emettitori di radiazioni elettromagnetiche quali pianeti, asteroidi, comete, lune, la stessa ISS – Base Spaziale Internazionale ed i satelliti in orbita
– infine gli “insospettabili”, polveri, nebulose e perfino la famosa radiazione cosmica di fondo a microonde

Galassia vista in panoramica attraverso le varie lunghezze d’onda dello spettro elettromagnetico, da quella visibile, ai raggi X, agli Infrarossi lontani FIR, all’Idrogeno-alfa, alle onde Radio e Microonde.

perché ricordo che ad esempio qualunque “oggetto” con temperatura > allo 0 assoluto (-273°C, – 459,4°F) emette radiazione Infrarossa – IR!

anche corpi per noi freddissimi continuano tuttavia ad emettere raggi IR, perché per quanto freddi siano, gli atomi al loro interno ancora sono in movimento.

Ebbene le radiazioni elettromagnetiche EMR da questi oggetti emesse, non subendo l’influenza dei campi magnetici, viaggiano in linea retta alla loro pazzesca velocità nel Vuoto interstellare…

la velocità della luce nel vuoto, 299.792.458 metri al secondo, per comodità qui abbreviata

… senza diminuire velocità e INDISTURBATE, fino a che:

  • una qualche massa (stella, buco nero, galassia, ammassi…) non ne devìa il percorso tramite la curvatura del tessuto spazio-temporale (attenzione la luce non è curvata dalla massa in sé, infatti il fotone non ha massa, bensì dalla distorsione che quest’ultima provoca nello spazio-tempo)
Io sto guardando un oggetto astronomico, ma la luce che proviene da quell’oggetto (real) è in realtà deviata dalla deformazione nel tessuto spazio-temporale provocata dall’oggetto (stella, galassia, ammasso) che si trova lungo la visuale, per cui a me sembra di osservarlo in un’altra posizione (observed) e non mi accorgo dell’inganno.
  • oppure finché non vengono assorbite parzialmente o totalmente da un’area dello spazio con alto potere assorbente, come ad esempio le nebulose oscure
credits European Southern Observatory ESO clicca per ingrandire, click to enlarge

Tali nebulose, estese anni luce, sono capaci di schermare completamente la radiazione che tenta di attraversarle, creando l’illusione ottica che dietro non via sia niente.

simulazione dell’avvicinamento della nebulosa oscura Barnard 68 al nostro Sistema Solare, vista da un osservatore sulla Terra – foto di Tommaso Rubechi, elaborazione Tiziana “Tirtha” Giammetta clicca per ingrandire, click to enlarge

Radiazioni Particellari

La propagazione di tali particelle ad alta energia subisce l’influenza dei campi magnetici e ne viene deflessa/deviata in misura inversamente proporzionale alla loro energia/velocità: più le particelle sono energetiche/veloci, meno vengono deviate.

mentre le particelle neutre (fotoni, radiazione elettromagnetica) non cambiano traiettoria in un campo magnetico, quelle cariche (protoni+, elettroni- etc) vengono deviate in base alla loro energia/velocità, Riccardo Paramatti

La radiazione particellare nello spazio è conseguente agli urti-collisioni tra particelle ad alta energia ed altri nuclei-particelle: pensa alla potenza delle eruzioni solari di massa coronale, trascinate da immensi campi magnetici…

enorme espulsione di massa coronale Cme, che sarebbe più corretto definire “espulsione magnetica coronale” visto che sono gli immensi campi magnetici espulsi a trascinare con sé il mare di particelle clicca per ingrandire, click to enlarge

… che si mescolano con il vento solare costante e “tranquillo“ e impattano con i campi magnetici dei pianeti del Sistema Solare.

fotogramma tratto dal video NASA sulle differenze tra Cme e Flares

In alta atmosfera, le collisioni possono avvenire ad esempio:
– tra le particelle dei raggi cosmici e quelle dell’atmosfera, da cui deriva lo sciame secondario

simulazione dell’andamento di singoli raggi cosmici nello scontro con gli atomi atmosferici: lo “sciame secondario” è “fotografato” tramite rivelatori di particelle

– tra le stesse particelle solari catturate dal campo magnetico, le quali successivamente a complessi movimenti ed accelerazioni finiscono per produrre anche le Aurore

anello aurorale attorno al Polo Artico

– oppure tra le particelle solari/cosmiche ed oggetti in orbita come sonde, satelliti, navette, basi spaziali e di conseguenza le tute spaziali degli astronauti in attività extra veicolari – EVA (schermature), rischiando quindi di penetrare così anche nel tessuto umano (collisioni nucleari)

astronauti in Attività Extra Veicolari – EVA fuori dalla Base Spaziale Internazionale ISS – credits NASA, clicca per ingrandire, click to enlarge

Nel prossimo post concludo questa piccola parentesi su Magnetosfera e Fasce di Van Allen, trattando di Missioni spaziali e schermature. Ti aspetto!

Gli altri link di questo viaggio verso le Aurore:
– “In a nutshell” about Aurora – 0. Il Sole
– “In a nutshell” about Aurora – 1. Riconnessione Magnetica
– “In a nutshell” about Aurora – 2a. Flares vs CME: scontro di Titani
– “In a nutshell” about Aurora – 2b. Flares vs CME: scontro di Titani

– “In a nutshell” about Aurora – 3a. Campo magnetico terrestre
– “In a nutshell” about Aurora – 3b. Fasce di Van Allen
– “In a nutshell” about Aurora – 3c. Cometa, toroidi e particelle
“In a nutshell” about Aurora –3d. radiazioni
“In a nutshell” about Aurora – 3f. radiazioni e ISS
“In a nutshell” about Aurora -4. Cuspidi polari
“In a nutshell” about Aurora -5. Generatore aurorale
“In a nutshell” about Aurora -6. Altitudine e forme
“In a nutshell” about Aurora – 7a. Colori, l’origine

“In a nutshell” about Aurora -7b. Colori, la magia
“In a nutshell” about Aurora -8. luminosità, movimento e calore
“In a nutshell” about Aurora -9. Curiosità
“In a nutshell” about Aurora -10. Suoni
In a nutshell” about Aurora -11. Emozioni e considerazioni
“In a nutshell” about Aurora -12a. Tempeste solari

Link utili:
– Sfida all’invisibile radiazione spaziale, di Reccom Magazine
– Rischi fisici delle radiazioniUfficio scolastico per la Lombardia, Brescia
effetti immediati e posticipati sul corpo umano
– Rischi spazialiESA
“Rivelatori di Particelle”, di Riccardo Paramatti, Università Sapienza e INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Masterclass 2018

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