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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.
La radiazione elettromagnetica e quella particellare hanno comportamenti diversi
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.
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
- alcune particelle solari che sono riuscite a sfuggire alla barriera delle Fasce di Van Allen, fortunatamente poche
- 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)
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.
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.
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 Terra. Lo spazio infatti è la “patria” delle Radiazioni Particellari, che subiscono l’influenza dei campi magnetici di pianeti, stelle ed altri corpi astronomici.
“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 Simonsen, NASA
“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)
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
…perché ricordo che ad esempio qualunque “oggetto” con temperatura > allo 0 assoluto (-273°C, – 459,4°F) emette radiazione Infrarossa – IR!
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…
… 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)
- oppure finché non vengono assorbite parzialmente o totalmente da un’area dello spazio con alto potere assorbente, come ad esempio le nebulose oscure
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.
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.
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…
… che si mescolano con il vento solare costante e “tranquillo“ e impattano con i campi magnetici dei pianeti del Sistema Solare.
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
– tra le stesse particelle solari catturate dal campo magnetico, le quali successivamente a complessi movimenti ed accelerazioni finiscono per produrre anche le Aurore
– 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)
Nel prossimo post concludo questa piccola parentesi su Magnetosfera e Fasce di Van Allen, trattando di Missioni spaziali e schermature. Ti aspetto!
La serie completa “In a nutshell” about Aurora
Link utili:
– Sfida all’invisibile radiazione spaziale, di Reccom Magazine
– Rischi fisici delle radiazioni, Ufficio scolastico per la Lombardia, Brescia
effetti immediati e posticipati sul corpo umano
– Rischi spaziali, ESA
– “Rivelatori di Particelle”, di Riccardo Paramatti, Università Sapienza e INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Masterclass 2018
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