Lo studio rivela l'importanza dell'atmosfera superiore della Terra nello sviluppo delle tempeste geomagnetiche / Study reveals importance of Earth's upper atmosphere in geomagnetic storm development

 Lo studio rivela l'importanza dell'atmosfera superiore della Terra nello sviluppo delle tempeste geomagnetiche / Study reveals importance of Earth's upper atmosphere in geomagnetic storm development

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

L'importanza dell'atmosfera terrestre nel creare le grandi tempeste che influenzano le comunicazioni satellitari.  /  The importance of the Earth's atmosphere in creating the large storms that affect satellite communications.

Uno studio condotto da un gruppo internazionale guidato da ricercatori dell’Università di Nagoya in Giappone e dell’Università del New Hampshire negli Stati Uniti ha rivelato l’importanza dell’atmosfera superiore della Terra nel determinare come si sviluppano le grandi tempeste geomagnetiche.

I loro risultati, pubblicati su Nature Communications, rivelano l’importanza precedentemente sottovalutata dell’atmosfera terrestre. Comprendere i fattori che causano le tempeste geomagnetiche è importante perché possono avere un impatto diretto sul campo magnetico terrestre, causando correnti indesiderate nella rete elettrica ed interrompendo i segnali radio e GPS. Questa ricerca può aiutare a prevedere le tempeste che avranno le maggiori conseguenze.

Gli scienziati sanno da tempo che le tempeste geomagnetiche sono associate alle attività del sole. Le particelle cariche calde costituiscono lo strato esterno del sole, quello visibile a noi. Queste particelle escono dal sole creando il " vento solare " ed interagiscono con gli oggetti nello spazio, come la Terra. Quando le particelle raggiungono il campo magnetico che circonda il nostro pianeta, noto come magnetosfera, interagiscono con esso.

Le interazioni tra le particelle cariche ed i campi magnetici portano alla meteorologia spaziale, alle condizioni nello spazio che possono influenzare la Terra ed i sistemi tecnologici come i satelliti.

Una parte importante della magnetosfera è la coda magnetica. La coda magnetica è la parte della magnetosfera che si estende lontano dal sole, nella direzione del flusso del vento solare. All'interno della coda magnetica si trova la regione del foglio di plasma, che è piena di particelle cariche (plasma). Il foglio di plasma è importante perché è la regione di origine delle particelle che entrano nella magnetosfera interna, creando la corrente che provoca tempeste geomagnetiche.

Sebbene l’importanza del sole sia ben nota, un gruppo internazionale di ricercatori mirava a risolvere il mistero di quanto plasma nella magnetosfera provenga dalla Terra e come tale contributo cambi durante una tempesta geomagnetica.

Il gruppo era guidato da Lynn Kistler, professore designato dell'Università di Nagoya e professore dell'Università del New Hampshire (nomina incrociata), Yoshizumi Miyoshi, professore dell'Università di Nagoya, e Tomoaki Hori, professore designato dell'Università di Nagoya.

Per il loro studio, hanno utilizzato i dati di una grande tempesta geomagnetica avvenuta tra il 7 e l’8 settembre 2017. Durante questo periodo, il sole ha rilasciato una massiccia espulsione di massa coronale che si è scontrata con l’atmosfera terrestre, provocando un’enorme tempesta geomagnetica. L'impatto ha sconvolto la magnetosfera, provocando interferenze con segnali radio, GPS ed applicazioni di cronometraggio di precisione.

I ricercatori hanno analizzato retrospettivamente il trasporto di ioni durante questo evento utilizzando dati provenienti da diverse missioni spaziali, tra cui la missione NASA/Magnetospheric Multiscale (MMS), la missione giapponese Arase, la missione ESA/Cluster e la missione NASA/Wind. Distinsero gli ioni da quelli del vento solare e da quelli della ionosfera stessa.

Utilizzando misurazioni simultanee della composizione del vento solare per tracciare i cambiamenti della sorgente, hanno identificato cambiamenti sostanziali nella composizione ed in altre proprietà dello strato di plasma vicino alla Terra man mano che si sviluppava. Queste proprietà del foglio di plasma, come la densità, la distribuzione dell’energia delle particelle e la composizione, influenzano lo sviluppo della tempesta geomagnetica.

All’inizio della fase principale della tempesta, la fonte è cambiata da dominata dal vento solare a dominata dalla ionosfera. "La scoperta più importante è stata che all'inizio della tempesta geomagnetica, il plasma è cambiato da prevalentemente solare a prevalentemente ionosferico", ha spiegato Kistler. “Ciò dimostra che la tempesta geomagnetica spinge più deflussi dalla ionosfera terrestre e che il plasma ionosferico può muoversi rapidamente attraverso la magnetosfera”.

"Nel complesso, la nostra ricerca contribuisce a comprendere lo sviluppo delle tempeste geomagnetiche mostrando l'importanza del plasma ionosferico terrestre", continua.

"Abbiamo trovato prove convincenti che i plasmi non solo provenienti dal Sole ma anche dalla Terra provocano una tempesta geomagnetica. In breve, le proprietà dello strato di plasma (la densità, la distribuzione dell'energia delle particelle, la composizione) influenzeranno le tempeste geomagnetiche, e queste proprietà sono diversi per fonti diverse."

ENGLISH

A study from an international team led by researchers from Nagoya University in Japan and the University of New Hampshire in the United States has revealed the importance of the Earth's upper atmosphere in determining how large geomagnetic storms develop.

Their findings, published in Nature Communications, reveal the previously underestimated importance of the Earth's atmosphere. Understanding the factors that cause geomagnetic storms is important because they can have a direct impact on the Earth's magnetic field such as causing unwanted currents in the power grid and disrupting radio signals and GPS. This research may help predict the storms that will have the greatest consequences.

Scientists have long known that geomagnetic storms are associated with the activities of the sun. Hot charged particles make up the sun's outer layer, the one visible to us. These particles flow out of the sun creating the "solar wind," and interact with objects in space, such as the Earth. When the particles reach the magnetic field surrounding our planet, known as the magnetosphere, they interact with it.

The interactions between the charged particles and magnetic fields lead to space weather, the conditions in space that can affect the Earth and technological systems such as satellites.

An important part of the magnetosphere is the magnetotail. The magnetotail is the part of the magnetosphere that extends away from the sun, in the direction of the solar wind flow. Inside the magnetotail is the plasma sheet region, which is full of charged particles (plasma). The plasma sheet is important because it is the source region for the particles that get into the inner magnetosphere, creating the current that causes geomagnetic storms.

Although the importance of the sun is well known, an international group of researchers aimed to solve the mystery of how much of the plasma in the magnetosphere comes from Earth and how that contribution changes during a geomagnetic storm.

The group was led by Lynn Kistler, Nagoya University Designated Professor and University of New Hampshire Professor (cross-appointment), Yoshizumi Miyoshi, Nagoya University Professor, and Tomoaki Hori, Nagoya University Designated Professor.

For their study, they used data from a large geomagnetic storm that happened on September 7–8, 2017. During this time, the sun released a massive coronal mass ejection that collided with the Earth's atmosphere, resulting in a huge geomagnetic storm. The impact disrupted the magnetosphere, leading to interference with radio signals, GPS, and precision timing applications.

The researchers retrospectively analyzed the ion transport during this event using data from several space missions, including the NASA/Magnetospheric Multiscale (MMS) mission, the Japanese Arase mission, the ESA/Cluster mission, and the NASA/Wind mission. They distinguished the ions from those of the solar wind and from those of the ionosphere itself.

Using simultaneous measurements of the solar wind composition to track the source changes, they identified substantial changes in the composition and other properties of the near-earth plasma sheet as it developed. These properties of the plasma sheet, such as density, particle energy distribution, and composition, affect the development of the geomagnetic storm.

At the start of the main phase of the storm, the source changed from solar wind dominated to ionosphere dominated. "The most important discovery was that at the beginning of the geomagnetic storm, the plasma changed from mostly solar to mostly ionospheric," explained Kistler. "This shows that the geomagnetic storm drives more outflow from the Earth's ionosphere, and that the ionospheric plasma can move quickly throughout the magnetosphere."

"Overall, our research contributes to understanding the development of geomagnetic storms by showing the importance of Earth's ionospheric plasma," she continues.

"We found compelling evidence that plasmas from not only the sun but also the Earth drive a geomagnetic storm. In short, the properties of the plasma sheet (the density, the particle energy distribution, the composition) will affect geomagnetic storms, and these properties are different for different sources."

Da:

https://phys.org/news/2023-10-reveals-importance-earth-upper-atmosphere.html?fbclid=IwAR1qUSVM767VjaErGjLYF2yfq07KucuBHyC60keAI2lfue4xXE5xJGjAEpI