Missione al limite del possibile

Nell'ambito di pagina esternasciame tre satelliti identici dotati di strumenti di misura vengono lanciati nello spazio. Il loro compito è quello di misurare con precisione il campo magnetico terrestre. L'Agenzia spaziale europea (ESA) ha commissionato a un consorzio di sei istituti di ricerca l'analisi e l'elaborazione dei dati di SWARM, in modo che siano liberamente decisi dalla comunità scientifica. Un gruppo di ricerca dell'ETH di Zurigo, guidato dal professore Andrew Jackson dell'Istituto di geofisica, svolge un ruolo importante all'interno del consorzio SWARM. In un'intervista con l'ETH News, ha spiegato i compiti e gli obiettivi del progetto.

L'ETH News: SWARM sarà lanciato in orbita oggi a mezzogiorno dal centro spaziale russo di Plessezk. Che ruolo ha il suo gruppo di ricerca nel progetto?
Andy Jackson: L'ETH ha il compito di utilizzare i dati per determinare la distribuzione della conduttività elettrica del mantello terrestre. Questo è possibile perché il vento solare influenza la Terra in modo tale che il campo magnetico terrestre varia nel tempo. Queste variazioni generano deboli correnti elettriche all'interno del mantello terrestre, che possono essere misurate sia sulla superficie terrestre che dai satelliti. Le scale temporali coinvolte consentono di effettuare misurazioni fino a circa 1000 chilometri nel mantello. L'obiettivo principale del nostro lavoro, in particolare quello del capogruppo Alexey Kuvshinov, è ottenere un'immagine tridimensionale delle variazioni della conduttività elettrica del mantello dallo spazio. Si tratta di un'immagine simile a una tomografia medica computerizzata del cervello. Poiché nessuno l'ha mai fatto prima, questo tentativo è vicino ai limiti del possibile dal punto di vista scientifico. Tuttavia, un'immagine del genere ci aiuterebbe a comprendere meglio i movimenti di convezione nel mantello terrestre, responsabili della tettonica a placche.

Cosa misurano esattamente i satelliti?
I satelliti sono dotati di numerosi strumenti. Tra questi, i magnetometri a tre componenti, fondamentali per il nostro lavoro. L'attrezzatura comprende anche accelerometri sensibili al campo gravitazionale terrestre, dispositivi per misurare il campo di forze dell'ambiente spaziale, ricevitori GPS e catadiottri per un allineamento preciso e star tracker di alta precisione per l'orientamento.

I minerali magnetizzabili, ad esempio nella lava in raffreddamento, si allineano al campo magnetico terrestre come aghi di bussola. Sulla base di queste rocce, sappiamo che il campo magnetico terrestre deve aver cambiato direzione in media ogni 200.000-300.000 anni negli ultimi 200 milioni di anni. Tuttavia, questo non è accaduto per 780.000 anni. Spera che SWARM fornisca una spiegazione a questo fatto?
A causa della differenza tra la scala temporale della missione - quattro anni - e l'ampio periodo di tempo in cui si verificano le inversioni dei poli, è molto improbabile che saremo in grado di contribuire a questa discussione. Le inversioni di polo durano tra i 5.000 e i 10.000 anni, come dimostrano i numerosi campioni di sedimenti prelevati dal fondo marino: i cambiamenti del campo magnetico nel tempo sono registrati negli strati dei sedimenti.

A quali altre grandi domande intende rispondere il progetto SWARM?
Grazie all'altissima precisione della missione, ci aspettiamo che i cambiamenti temporali del campo magnetico possano essere registrati in modo più preciso che mai. Questi sono strettamente legati ai movimenti del ferro liquido nella parte superiore del nucleo terrestre. Questi movimenti fanno parte dei movimenti di convezione che sono responsabili del cosiddetto "effetto dinamo". Si tratta del processo attraverso il quale - secondo la legge di Faraday - l'energia si trasforma in movimento e quindi in campi magnetici. La nostra capacità di osservare questi movimenti su scala ridotta e in maggiore dettaglio è notevolmente migliorata grazie alla geometria e alle proprietà di costellazione della missione. È particolarmente interessante che le proprietà del flusso dei moti convettivi possano cambiare molto rapidamente nel giro di pochi anni.

Il campo magnetico terrestre è anche uno scudo protettivo intorno alla Terra che protegge la vita dalle radiazioni cosmiche, ad esempio. Negli ultimi 150 anni, il campo magnetico terrestre si è indebolito del 10%. Questo indica che attualmente sta invertendo la sua polarità?
Questa domanda viene posta spesso ed è difficile da rispondere. Nella parte superiore del nucleo terrestre, al di sotto del Sud America, si trova un'ampia area di flusso magnetico la cui polarità è invertita rispetto a quella prevista in questo emisfero. Chiamiamo questa caratteristica "zona di flusso inverso". Il movimento e forse la crescita di quest'area sono probabilmente legati all'indebolimento del campo magnetico terrestre. Sono certamente responsabili di un'area di particolare debolezza del campo al largo delle coste del Brasile, la cosiddetta Anomalia del Sud Atlantico. Questo ha un impatto sulla tecnologia perché la debolezza del campo indebolisce anche la protezione dalle radiazioni solari: in questa zona, ad esempio, molti satelliti con orbite terrestri basse presentano danni da radiazioni. La missione SWARM ci aiuterà ora a monitorare da vicino lo sviluppo di questo settore. Anche se sappiamo molto poco sul meccanismo delle inversioni polari, non è da escludere che quest'area sia effettivamente foriera di un'inversione. Se la tendenza attuale dovesse continuare, l'inversione non si verificherebbe prima di 1000-2000 anni.

Vorremmo sapere quando e se si verifica un'inversione dei poli, anche se non possiamo fare nulla al riguardo. Oppure la ricerca ha qualche idea?
Non c'è davvero nulla che possiamo fare: il nucleo della Terra è un oggetto enorme con straordinarie e inarrestabili proprietà di generazione del campo.

Quali conseguenze avrà una tale fase di inversione di polarità per la vita sulla Terra?
Nell'intera storia della Terra ci sono state poche inversioni dei poli e i fossili non mostrano alcuna influenza sulla vita, né positiva né negativa. Vorrei sottolineare che il campo non scompare completamente nel mezzo di un'inversione, ma che la sua forza scende a circa il 10-20% di quella attuale. Tuttavia, perde la sua geometria a due poli, per cui possono esserci più poli magnetici. Diverse specie animali utilizzano il campo per la navigazione, motivo per cui spesso ci si chiede come affronterebbero un'inversione. È importante ricordare che gli animali devono costantemente riaggiustare la loro bussola magnetica per adattarsi ai cambiamenti graduali del campo magnetico che si verificano a Chi siamo. Poiché le inversioni sono relativamente lente - anche se piuttosto veloci nella scala temporale dell'evoluzione biologica - gli animali potrebbero probabilmente farcela. Ma poiché finora non sono stati condotti esperimenti diretti in merito, non possiamo dire nulla di certo!