Si tratta di un generatore elettrico azionato dal vento, situato nella ionosfera, il confine carico di elettricità tra la Terra e lo spazio. È alimentato dai venti di marea ad alta quota che sono più veloci della maggior parte degli uragani in superficie e salgono dalla bassa atmosfera, creando un ambiente elettrico che può influenzare i satelliti e la tecnologia. Per esempio, i segnali radio e GPS sfrecciano attraverso la ionosfera e, sacche vuote o rigonfiamenti densi di particelle caricate elettricamente possono interrompere le comunicazioni.

Gli scienziati che studiano l'atmosfera e la meteorologia spaziale hanno da tempo incluso questa dinamo terrestre nei loro modelli ma con pochissime informazioni. I dati ICON sono la prima osservazione concreta disponibile dei venti che alimentano la dinamo.
Quest'ultima è rimasta un mistero per così tanto tempo perché è difficile da osservare: è troppo alto per i palloni scientifici e troppo basso per i satelliti. Lanciata nel 2019, ICON è una missione per comprendere il modo in cui il tempo della Terra interagisce con il tempo nello spazio. La sonda è equipaggiata in modo unico per investigare questa parte della ionosfera dall'alto sfruttando il bagliore naturale dell'atmosfera superiore per rilevare il movimento del plasma.

"Il primo anno di ICON nello spazio ha dimostrato che la previsione di questi venti è la chiave per migliorare la nostra capacità di prevedere cosa succede nella ionosfera", ha affermato Thomas Immel, ricercatore principale di ICON presso l'Università della California, Berkeley, e autore principale del nuovo studio pubblicato su Nature Geoscience.

 

Il generatore più alto della Terra

La ionosfera è come un mare agitato di particelle elettricamente caricate, create dal Sole e mescolate con l'atmosfera superiore neutra.
Stretto tra la Terra e lo spazio, questo strato dell'atmosfera risponde ai cambiamenti sia esterni, provenienti dalla nostra stella, che interni, legati alla Terra. Ma un anno di dati ICON ha dimostrato che è maggiormente influenzato dalle dinamiche della bassa atmosfera.

In un generatore, il corpo conduttore, come un filo di rame, viene mosso attraverso un campo magnetico. Piena di gas caricati elettricamente (plasma), la ionosfera agisce come un filo, o meglio, un groviglio di fili conduttori e l'elettricità vi scorre attraverso.
Così, come la dinamo nel nucleo terrestre che genera il campo magnetico che avvolge il nostro pianeta, anche la dinamo nell'atmosfera produce campi elettromagnetici.


Un generatore disordinato

Nella maggior parte dei generatori, i componenti sono saldamente connessi così che agiscano in modo prevedibile. Ma la ionosfera è libera di muoversi come vuole. "La corrente genera il proprio campo magnetico, che combatte il campo magnetico terrestre mentre lo attraversa", ha detto Immel. “È un generatore disordinato".

Seguire i capricci della ionosfera è la chiave per prevedere i potenziali impatti del tempo spaziale. A seconda del modo in cui soffia il vento, il plasma nella ionosfera viene proiettato nello spazio o precipita verso la Terra. Questo comportamento deriva dal tiro alla fune tra la ionosfera e i campi elettromagnetici della Terra.

La forza del vento

I venti in alta quota sono ben diversi da quelli che soffiano al suolo. Possono persistere alcune ora nella stessa direzione a 400 chilometri orari per poi invertire rotta bruscamente. Questi cambiamenti drammatici sono il risultato di onde d'aria, chiamate maree, nate sulla superficie terrestre quando la bassa atmosfera si riscalda durante il giorno e poi si raffredda di notte.

Più l'atmosfera si allontana dalla superficie, più diventa sottile e meno turbolenze in grado di interrompere questi movimenti. Ciò significa che le piccole maree nate vicino alla superficie possono diventare molto più grandi quando raggiungono l'alta atmosfera. "I cambiamenti nei venti lassù sono per lo più controllati da ciò che accade sotto", ha detto il co-autore Brian Harding, un fisico dell'Università della California, a Berkeley.

Le nuove misurazioni del vento di ICON aiutano gli scienziati a comprendere questi modelli di marea che attraversano il globo e i loro effetti.

Le maree si increspano nel cielo, aumentando di forza e crescendo prima di soffiare attraverso la ionosfera; nel mentre, la dinamo elettrica risponde ronzando.
Gli scienziati hanno analizzato il primo anno di dati ICON e hanno scoperto che i venti d'alta quota influenzano fortemente la ionosfera. "Abbiamo tracciato lo schema di come si muove la ionosfera e c'era una chiara struttura ondulatoria", ha detto Harding. I cambiamenti nel vento, ha spiegato, corrispondevano direttamente alla danza del plasma a 595 chilometri sopra la superficie terrestre.

"La metà del movimento del plasma può essere attribuita ai venti che osserviamo proprio lì sulla stessa linea del campo magnetico", ha detto Immel. "Questo ci dice che è un'osservazione importante da fare se vogliamo prevedere cosa sta facendo il plasma".

Il primo anno di osservazioni di ICON ha coinciso con il minimo solare, la fase tranquilla del ciclo di attività di 11 anni del Sole. Man mano che il Sole raggiungerà la fase attiva, gli scienziati saranno in grado di studiare cambiamenti e interazioni più complessi tra lo spazio e l'atmosfera terrestre.