QUANDO GLI ELETTRONI “STACCANO” GLI IONI

Polvere eri, impulso elettromagnetico diventerai

Detriti e polvere cosmica rappresentano un serio problema per le sonde spaziali, questo già lo sapevamo. Ma la minaccia non è solo meccanica: gli impatti possono infatti produrre interferenze radio in grado di disturbare l’elettronica di bordo, come dimostrato già nel 1998 dall’astrofisico dell’Inaf Luigi Foschini. Ora si è chiarito il meccanismo all’origine del fenomeno

L’impatto a velocità sufficientemente elevata di un frammento di polvere o di detriti orbitali genera la nuvola di plasma e una conseguente emissione di onde radio. Crediti: Fletcher/Close

Appena qualche ora fa ci rallegravamo per la relativa “pulizia” delle vie interplanetarie – quelle fra Saturno e i suoi anelli – che la sonda Cassini dovrà percorrere più e più volte nelle settimane a venire. La scoperta, compiuta durante il primo tuffo, che da quelle parti la polvere è assai più rara del previsto lascia infatti tirare ai responsabili della missione un profondo sospiro di sollievo: meno polvere significa minor rischio d’impatti. Impatti potenzialmente fatali per le velocità in gioco, nell’ordine decine di km al secondo, come ben sanno anche gli astronauti a bordo della Stazione spaziale internazionale, costretti più volte all’anno a correggere l’orbita della loro casa volante proprio nel tentativo d’evitare collisioni.

Quali danni può causare, a un satellite, una collisione con “proiettili volanti” come la polvere cosmica, piccoli meteoroidi o detriti spaziali? Danni strutturali innanzi tutto, certo, come la scheggiatura alla cupola e altre cavità da impatto di cui è costellata la Stazione spaziale internazionale ben testimoniano. Ma non solo: alla minaccia “meccanica” si somma anche una minaccia “elettronica”, dovuta agli impulsi elettromagnetici in radiofrequenza emessi contestualmente al plasma prodotto durante gli impatti iperveloci. Onde elettromagnetiche che, come descritto già una ventina d’anni fa dall’astrofisico dell’Inaf di Brera Luigi Foschini, possono disturbare – anch’essi in modo potenzialmente fatale – la delicata componentistica a bordo di sonde e satelliti.

La novità odierna, illustrata in un articolo appena pubblicato su Physics of Plasmas da Alex Fletcher e Sigrid Close (Boston University il primo e Stanford University la seconda), è che è stato meglio compreso il processo alla base di questa emissione. Un processo affascinante: le onde radio verrebbero prodotte dalla diversa velocità – e dunque dalla conseguente separazione – alla quale viaggiano gli ioni e gli elettroni che formano la nuvola di plasma generata da un impatto sufficientemente veloce.

Per riprodurre un plasma da impatto iperveloce (perché si generino onde radio, scrivono Fletcher e Close, occorrono velocità di almeno 15-20 km/s), i ricercatori hanno adottato un metodo, noto come particle-in-cell, grazie al quale è possibile simulare contemporaneamente il plasma e i campi elettromagnetici. Lasciando evolvere la simulazione, sono così riusciti a calcolare la radiazione prodotta dal plasma.

«Ciò che Fletcher e Close presentano è una variante della teoria che io stesso avevo proposto per spiegare l’emissione a radiofrequenza generata da impatti iperveloci. Nel mio caso», ricorda Foschini a Media Inaf, «avevo poi spiegato la teoria usando come esempio le Leonidi, per cui avevo considerato la velocità costante (71 km/s), mentre ciò che variava era la massa del meteoroide. Entrambi i fattori sono indispensabili per calcolare la carica elettrica generata nell’impatto. Quanto all’emissione radio prodotta, di per sé non distrugge niente, ma può provocare interferenze tali da disturbare il funzionamento dell’elettronica di bordo di un satellite o della Stazione spaziale internazionale».

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