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Voyager 2 è già nello spazio interstellare? In evidenza

Andamento dei raggi cosmici a bassa energia rilevati da Voyager-2 ogni 6 ore, negli ultimi 4 mesi (1 anno nel riquadro)
Andamento dei raggi cosmici a bassa energia rilevati da Voyager-2 ogni 6 ore, negli ultimi 4 mesi (1 anno nel riquadro) Credit: gsfc/nasa/Voyager CRS - Processing: Marco Di Lorenzo

Anche se non ci sono ancora conferme ufficiali, gli ultimi dati sui raggi cosmici mostrano in maniera inequivocabile che la sonda è entrata in una nuova regione che somiglia molto a quella attraverso cui viaggia la gemella da 6 anni.

 A inizio Ottobre, un articolo della NASA aveva messo in guardia la comunità scientifica e il grande pubblico sulla possibilità che la sonda Voyager-2 stesse per uscire dall'eliosfera, la regione in cui si espande il vento solare e che è separata dal mezzo interstellare da un confine chiamato eliopausa. L'indizio principale era l'incremento di raggi cosmici ad alta energia, particelle provenienti dallo spazio interstellare, deviate e in parte bloccate dai campi magnetici trasportati attraverso il vento solare; del resto anche Voyager-1, nel Maggio del 2012, mostrò un trend analogo quando si apprestava ad attraversare l'eliopausa. Un mese e mezzo fa, però, si trattava di un indizio ancora flebile, poichè l'aumento di raggi comici ad alta energia era solo del 5% nel periodo che va da inizio a fine Agosto. Da allora è passata parecchia acqua sotto i ponti, come anticipato in diversi aggiornamenti nella rubrica "immagine del giorno" su questo blog, e ormai quello che era un sospetto si può considerare quasi una certezza; ma vediamo prima come è distribuita l'energia di questi raggi cosmici a ridosso dell'eliopausa.

 I seguenti spettri di raggi cosmici sono basati sui dati raccolti da entrambe le sonde (https://voyager.gsfc.nasa.gov/archive/spectra); i due a sinistra mostrano quelli osservati da Voyager-1 prima e dopo l'attraversamento dell'eliopausa ed è evidente il cambiamento di forma, con la scomparsa della coda in alto a sinistra da attribuire al vento solare. Voyager-2 fino a 3 mesi fa mostrava uno spettro perfettamente sovrapponibile con il primo, come si vede nello spettro a destra (attenzioni alle scale che sono entrambe logaritmiche).

Spettri 2

Spettro dei raggi cosmici per le due specie atomiche più diffuse (Idrogeno ed Elio); purtroppo per ora non disponibili per date successive al 13 Agosto - Credits: gsfc/nasa/Voyager CRS - Processing: Marco Di Lorenzo

 Adesso però le cose stanno cambiando, basti vedere il seguente diagramma generato oggi pomeriggio (anche se gli ultimi dati visualizzati risalgono alla mattina di Venerdi), con un aumento del 30% rispetto alla prima metà dell'anno!

V2 trends Hi 181125

Andamento dei raggi cosmici ad alta energia rilevati ogni 6 ore da Voyager-2 nel corso degli ultimi 4 mesi (1 anno nel riquadro); l'ellisse rossa tratteggiata evidenzia la prima avvisaglia di aumento rilevato ad Agosto - Credits: gsfc/nasa/Voyager CRS - Processing: Marco Di Lorenzo

 Ancora più impressionante il trend del canale a bassa energia, riportato nel grafico di apertura; qui l'abbassamento è stato dell'85%, con un vero e proprio crollo nelle ultime settimane (-78% in soli 20 giorni!). Un livello inferiore ai 5 conteggi al secondo è circa il doppio di quello misurato da Voyager-1 una volta definitivamente entrato nello spazio interstellare (si veda la figura successiva). 

 Gli effetti di cui stiamo parlando sono stati misurati dallo strumento Cosmic Ray Subsystem nei due canali LA1 e PGH, che misurano il tasso di impatti da parte di nuclei (principalmente di idrogeno, cioè protoni) con energia minima di 0,5 o 70 MeV rispettivamente1. Nel primo caso, si tratta prevalentemente di nuclei di origine solare, il cui flusso risente di fenomeni a bassa energia nello spazio interplanetario (ad esempio, regioni di interazione corotanti con aumenti associati ai brillamenti); il canale ad alta energia è invece legato a modulazioni su scala galattica ma risente anche di brillamenti solari intensi che possono temporaneamente gonfiare l'eliosfera; questo è il motivo per cui, peralcune settimane nell'estate 2012, il livello di queste radiazioni subì alcune oscillazioni prima di stabilizzarsi ad un livello elevato, tipico dell'ambiente interstellare. E' come se la sonda avesse attraversato più volte la regione di confine che, evidentemente, la sopravanzava per poi ritrarsi, un pò come le onde del mare sulla battigia; si tenga presente che il forte rallentamento del vento solare fa sì che queste testimonianze fossili della passata attività del Sole siano sempre più addensate e quindi la sonda le attraversa in rapida successione, come fosse un film visto a velocità accelerata. Tutto questo è evidente nel grafico seguente:.

V1 2012

Credits: gsfc/nasa/Voyager CRS - Processing: Marco Di Lorenzo

 La correlazione forte tra i due canali è evidente in questo grafico che visualizza in ascissa i conteggi ad alta energia, in ordinata quelli a bassa energia registrati da Voyager-2 nell'ultimo anno; anche se non si tratta di correlazione lineare ma di un trend più complesso che sembra diviso in due porzioni da un ginocchio, è chiaro che le due misure sono legate nel senso che, quando una scende, l'altra tende sistematicamente a salire; la dispersione in senso verticale è probabilmente legata ai residui di attività solare passata che, raggiungendo la sonda, fanno oscillare i conteggi a bassa energia.

correlation

Grafico di correlazione LA1-PGH creato dal sottoscritto - Source: gsfc/nasa/Voyager CRS - Processing: Marco Di Lorenzo

Qui sotto gli andamenti storici dei raggi cosmici su entrambe le sonde, da inizio missione fino all'inizio dell'anno; sono indicate anche le distanze dal Sole (tutto in scala logaritmica):

History

Andamenti storici dei raggi cosmici su entrambe le sonde; sono indicati anche i vari FlyBy planetari e l'attraversamento del "Termination Shock" dove la velocità del vento solare diventa subsonica - Credits: gsfc/nasa/Voyager CRS - Processing: Marco Di Lorenzo 

 

 Ricordiamo che le due sonde, partite nel lontano 1977, si stanno dirigendo con velocità diverse in direzioni diverse, ma entrambe non troppo lontane dal cosiddetto "apice solare" che è la direzione in cui si ritiene che il Sole stia viaggiando rispetto al mezzo interstellare locale. La parte esterna dell'eliosfera, dove il materiale del vento solare "ristagna", è detta "heliosheath" (letteralmente, "guaina solare") ed è internamente limitata dalla cosiddetta "Termination Shock", un confine netto che Voyager-1 ha superato nel 2004 quando si trovava a 94 unità astronomiche dal Sole, mentre Voyager-2 lo ha raggiunto 3 anni dopo a una distanza di 84 UA; questo fa capire che, probabilmente, il confine interno della guaina è asimmetrico con una forma "a goccia"; inoltre, risulta chiaro che Voyager-2, sebbene più lenta, ha una direzione privilegiata perchè ha dovuto percorrere una distanza minore per raggiungere quel confine e quindi, presumibilmente, la sua traiettoria è più vicina a quella in cui viaggia il sistema solare, come mostrato nella seguente illustrazione:

heliosphere

Rappresentazione artistica della "helioshealth", con un confine interno asimmetrico e quello esterno simmetrico - Credits: K. Dialynas et al., Nature 2017

 Ora, mentre Voyager-1 ha attraversato anche il confine esterno di questa regione a fine Agosto 2012, a una distanza di 121 UA, Voyager-2 ha continuato a muoversi finora al suo interno, raggiungendo adesso le 119 UA; se, come sembra ormai chiaro, adesso ha attraversato anche lui l'eliopausa, questo conferma che anch'essa ha una forma asimmetrica e più vicina al Sole lungo il tragitto di Voyager-2, sebbene stavolta l'asimmetria si sia ridotta notevolmente rispetto alla "Termination shock".

 Per una conferma definitiva e sicura dell'ingresso della sonda nello spazio interstellare bisognerà aspettare una analisi più approfondita dei dati, non solo sui raggi cosmici ma anche sul plasma e sui campi magnetici. Il sottoscritto nutre ben pochi dubbi sul fatto che sia realmente avvenuto ed è probabile che, già nel corso della settimana prossima, la NASA faccia un annuncio in questo senso, magari appena passato il "tifone" dell'atterraggio di Insight su Marte, che per qualche giorno polarizzerà l'attenzione dei media...

 

Riferimenti:
https://voyager.gsfc.nasa.gov/data.html
https://vepo.gsfc.nasa.gov/Voyager_heliopause.html
https://www.nature.com/articles/s41550-017-0115

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Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

Sito web: https://www.facebook.com/marco.lorenzo.58
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