Lo Spazio è speciale. Ce lo ricorda la Nasa, regalandoci uno sguardo sulla bellezza e sull’unicità di ciò che avviene là fuori. E lo fa raccontandoci 5 condizioni e fenomeni che si verificano (quasi) solo qui, oltre l’atmosfera della Terra. Dalla fusione nucleare che avviene all’interno del Sole, a particolari esplosioni magnetiche alla base dell’aurora polare. E ancora, dallo stato di plasma, a noi poco noto ma che compone quasi tutta la materia visibile, fino a potenti onde d’urto che si generano in prossimità delle stelle ricordano quelle dei voli supersonici.
1. Spazio, se tutto è plasma
Noi tutti conosciamo i tre stati della materia, quello solido, quello liquido e quello aeriforme. Ma nello Spazio è comune un quarto stato, che costituisce il 99,9% degli oggetti celesti: il plasma. Compone le stelle, riempie i vuoti interstellari e dà origine alla corona solare, nonché ai fulmini e all’aurora boreale. Il plasma è un gas ionizzato, ovvero un gas in cui molti atomi hanno perso i loro elettroni, strappati a causa di una corrente elettrica. Il plasma forma la maggior parte della materia visibile. Sul Sole, i campi magnetici causano brillamenti ed eruzioni di plasma, a loro volta alla base del vento solare. Quando è molto forte, questo vento può in casi specifici interferire con i satelliti e danneggiare le telecomunicazioni. Nel video sottostante si può osservare un fenomeno di espulsione di massa coronale del Sole, con un’ampia esplosione di plasma.
2. Le riconnessioni magnetiche
Dobbiamo pensare lo Spazio anche come teatro di grandi esplosioni. In questo caso parliamo di esplosioni magnetiche, in cui di nuovo è coinvolto il plasma. Sappiamo che la Terra è protetta dall’atmosfera e dal campo magnetico terrestre, che fra l’altro trattiene l’atmosfera al suo posto e ne impedisce la dispersione. Il campo magnetico permette la vita sulla Terra, difendendoci dal vento solare. Senza campo, infatti, le particelle dal Sole spazzerebbero via l’atmosfera terrestre, sballando l’equilibrio termico, prosciugando i corsi d’acqua e rendendo la Terra arida e inospitale. Tuttavia, in questo ingranaggio c’è qualche piccola eccezione con delle incursioni – per fortuna rapide e di poca entità – delle particelle solari. In pratica, il forte vento solare si scontra con il campo magnetico, che è definito e può essere immaginato con una serie di linee circolari, dette linee di campo. Quando avviene il contatto, se la spinta del vento è molto marcata può accadere che queste linee, molto salde, si rompano e si riuniscano subito dopo, come nell’immagine seguente.
Questo fenomeno è chiamato riconnessione magnetica e, seppur breve, cambia momentaneamente le carte in tavola. Nell’istante in cui le linee di campo magnetico si “aprono”, alcune particelle cariche del vento solare possono penetrare nella parte alta dell’atmosfera terrestre. Questa incursione può dare luogo alle spettacolari aurore polari. Le particelle cariche del vento solare, infatti, possono interagire con il gas nell’alta atmosfera terrestre e questo otticamente è alla base del fenomeno delle aurore.
3. Caldo e gelo estremi
Se sulla Terra arriviamo al massimo a 57 °C nel Sahara e a -89 °C in Siberia, nello Spazio queste temperature sono considerate ancora medie e ben superabili. Nei pianeti senza un buono scudo fornito dall’atmosfera, i picchi possono essere molto più pronunciati. Su Mercurio, ad esempio, si può arrivare a 449 °C di giorno e -171 °C di notte. Perfino i veicoli spaziali hanno sulla loro superficie temperature molto differenti, anche di 30 °C in più e in meno, a seconda che siano al sole o in ombra. Gli strumenti e le sonde sono progettati per resistere a sbalzi molto significativi. Ad esempio, la sonda Parker Solar Probe della Nasa, che ha appena compiuto la sua missione “toccando il Sole”, sperimenta differenze dell’ordine di 2000 °C.
4. La fusione nucleare
La fusione nucleare è il processo responsabile della produzione di energia del Sole e rende possibile la vita sul nostro pianeta. In questa reazione i nuclei di due o più atomi si uniscono – si fondono – per formare il nucleo di un altro elemento chimico più pesante. Il Sole è come un grande reattore a fusione nucleare in cui avviene continuamente la fusione di 4 nuclei di idrogeno (ovvero 4 protoni) in un nucleo di elio, all’interno di una reazione più complessa, che prevede diversi passaggi. Questa esplosione atomica continua produce e ci inonda di energia. Normalmente, al di fuori del Sole questa reazione non avviene perché particelle con la stessa carica, come i protoni, si respingono nella repulsione elettromagnetica.
Oltre all’energia sprigionata, poi, c’è il rilascio di una grandissima quantità di fotoni (particelle che sono i quanti di luce). Questi impiegano 250mila anni per raggiungere la superficie esterna del Sole dal suo nucleo e soltanto 8 minuti per raggiungere la Terra.
5. Lo shock supersonico
Nello Spazio l’uso della parola shock – o meglio urto – indica un concetto differente rispetto a quello che abbiamo in mente ed è un fenomeno particolare, difficile da osservare sulla Terra. Nello Spazio un fenomeno facilmente osservabile è quello dello shock supersonico, dovuto, ad esempio, ad oggetti celesti come supernove attive, che producono nubi di plasma, ovvero di gas ionizzato composto da particelle cariche. Queste particelle sono velocissime, a volte più veloci del suono. Quando viaggiano a velocità supersonica e incontrano altri “oggetti”, come atmosfere di altri pianeti (in cui la velocità del suono è minore di quella delle particelle), generano potenti onde d’urto – shock waves – associate a grandi quantità di energia. Anche sulla Terra possiamo osservare questo genere di shock, anche se più raro, ad esempio quando viene sparato un proiettile o nei voli supersonici (in cui la velocità del suono è minore di quella raggiunta dal mezzo, ovvero dall’aereo) che producono onde d’urto. Qui sotto l’immagine delle onde d’urto causate da uno di questi voli.
Riferimenti: Nasa
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