Magnetic Island

Al largo della città di Townsville, in Australia, c'è la Magnetic Island, menzionata per la prima volta nel 1770 dal capitano James Cook che, navigando in quelle acque, riferì di anomalie sulle bussole e che, per questo motivo, diede all'isola questo nome. Di isole magnetiche si parla anche nel plasma, un gas ionizzato in cui gli elettroni sono stati strappati dai loro atomi, noto come quarto stato della materia e di cui parliamo con Daniela Grasso, ricercatrice dell'Istituto di sistemi complessi (Isc) del Cnr: “Un plasma rimane globalmente neutro, ma al suo interno ioni ed elettroni si muovono liberamente, generando correnti e campi elettromagnetici che reagiscono a quelli esterni. Possiamo definirlo una comunità democratica, dove decide la maggioranza delle particelle. Poiché il 99% dell'universo è costituito da plasma, esso riveste un'importanza fondamentale a livello astrofisico e spaziale, ma anche sulla Terra, dove viene studiato nei laboratori, in particolare nelle macchine per la fusione termonucleare controllata”.

Ma qual è la relazione tra le isole magnetiche e il plasma? “Una peculiarità dei plasmi è essere soggetti a vari tipi di instabilità. Tra queste spicca, per la portata dei suoi effetti, la riconnessione magnetica, che comporta una variazione della struttura del campo magnetico del plasma, con la formazione di quelle che si chiamano appunto isole magnetiche”, chiarisce la ricercatrice. “Un'isola magnetica, come un'isola in mezzo al mare, rappresenta una regione dello spazio fisico separata da una regione simile, ma con conformazione diversa (la terra), da una barriera (il mare). Nel nostro caso, a essere separate sono le regioni dove il campo magnetico assume una topologia (forma) diversa. Il processo che porta alla formazione di queste isole speciali permette di convertire energia magnetica in calore e particelle accelerate”.

Uno dei fenomeni naturali legati alla riconnessione magnetica è quello dei brillamenti solari. “Si tratta di  violente esplosioni che si verificano nella corona solare, causando l'emissione nello spazio interplanetario di plasma ad alta velocità, il cosiddetto vento solare”, spiega Grasso. “Venti solari molto intensi possono generare disturbi nelle telecomunicazioni, fino a danneggiare i satelliti a queste preposti. Per questo motivo ci sono diverse missioni spaziali, sia della Nasa che dell'Esa, che si prefiggono proprio di osservare e studiare il fenomeno della riconnessione magnetica”.

Legate alla formazione di isole magnetiche sono anche le aurore polari. “A generare questo fenomeno  è proprio l'interazione del vento solare con il campo magnetico terrestre. Quando questa interazione avviene, le particelle accelerate si muovono lungo le linee del campo magnetico terrestre e vanno a incidere ai poli nell'atmosfera, dove emettono nella luce del visibile, generando le spettacolari aurore”, conclude l'esperta. “Sulla terra, la formazione di isole magnetiche si verifica all'interno dei tokamak (camera magnetica toroidale), grosse 'ciambelle' dove si cerca di confinare il plasma tramite dei campi magnetici affinché si possa realizzare la fusione tra elementi leggeri (deuterio e trizio, isotopi dell'idrogeno) in elementi più pesanti, con il conseguente rilascio di energia, così come avviene sul sole tra gli atomi di idrogeno che, grazie alla forza gravitazionale, fondono generando atomi di elio più pesanti. All'interno di un tokamak le superfici magnetiche sono annidate una dentro l'altra e questa topologia permette di confinare il plasma. Quando però si realizzano le condizioni per le quali queste superfici possono toccarsi e riconnettersi cambiando la topologia del campo magnetico, con la formazione delle isole magnetiche, succede che il plasma non è più confinato al centro e si muove dall'interno verso l'esterno raffreddandosi e allontanandosi così dalle condizioni ideali perché la fusione si realizzi. Per questo motivo all'interno dei tokamak si cerca di controllare le isole magnetiche in maniera che non crescano fino a dimensioni tali da compromettere il funzionamento della macchina”.

Le isole da esplorare non sono dunque solo quelle dei viaggi dei navigatori del passato o dei turisti dei nostri giorni, ma anche quelle che si incontrano nell'affascinante viaggio tra i fenomeni della fisica.

Fonte: Daniela Grasso, Istituto dei sistemi complessi (Cnr-Isc) , email daniela.grasso@cnr.it -