La Corrente ad Anello

La corrente  ad anello e'  costituita da ioni energetici (1-200 keV) che si muovono attraverso le linee di campo nel piano equatoriale ad una distanza compresa tra 2.5 e 8.0 Re (Re=6378 km). Questa corrente è responsabile, nei periodi magneticamente perturbati, di forti variazioni della componente orizzontale (H) del campo magnetico sulla superficie del pianeta.

 

Schema del sistema di correnti equatoriali esistenti in un periodo magneticamente disturbato (100 nT<AE<600 nT). 
A partire dall'interno e procedendo verso l'esterno le linee tratteggiate localizzano, sul piano equatoriale,  rispettivamente: la porzione della corrente ad anello che ruota verso ovest, la posizione della cosiddetta corrente di chiusura della regione 2 ("region 2 current")ed infine la corrente ad anello parziale ("partial ring current").
Le circonferenze sono state tracciate a  L=2, 4, 6 e 8.

Quest'immagine è stata pubblicata su JGR,104, 28615-28624, 1999.
 

 

Composizione
Sebbene tutte le particelle intrappolate nella magnetosfera più interna contribuiscano alla formazione della corrente ad anello, solamente gli ioni con un energia compresa tra qualche decina a qualche centinaia di keV contribuiscono in maniera sostanziale alla densità di corrente totale. 
In particolare è stato stimato che il valor medio dell'energia delle particelle costituenti la corrente ad anello dopo una tempesta, è di circa 85 keV e che il 90% delle particelle hanno un energia variabile nell'intervallo compreso tra 15 e 250 keV.
La composizione della corrente ad anello cambia comunque in funzione dell'attività magnetica. Nei periodi di quiete la corrente è caratterizzata essenzialmente dalla presenza di protoni (H+) e solo parzialmente da ioni di ossigeno (O+), questi ultimi tuttavia acquistano importanza con l'aumentare dell'attivita' geomagnetica divenendo addirittura la specie dominante nel corso di grandi tempeste magnetiche. I valori tipici del contributo alla densità di energia della corrente ad anello degli ioni  O+ e' del 6% durante i periodi di quiete e piu' del 50% durante le grandi tempeste magnetiche.
I protoni presenti nella corrente ad anello provengono tanto dalla ionosfera quanto dal vento solare e cio' contrariamente a quanto accade per gli ioni O+ la cui origine e' da ricercarsi essenzialmente nella ionosfera. 

Sorgenti
Le sorgenti principali delle particelle che costituiscono la corrente ad anello sono essenzialmente riconducibili a due:  il foglio di plasma ("plasma sheet") e la ionosfera terrestre.
Le particelle che popolano il foglio di plasma provengono, tuttavia, sia dalla ionosfera terrestre che dal vento solare e quindi si puo' di fatto affermare che le due sorgenti fondamentali per la corrente ad anello sono: il vento solare e la ionosfera terrestre.
 Differentemente da quanto pensato fino alla fine degli anni '80, queste due sorgenti contribuiscono in ugual misura alla formazione della corrente ad anello. 
Misure effettuate nel corso della missione GEOTAIL hanno confermato ad esempio che gran parte degli ioni che popolano le regioni della coda magnetosferica e che si trovano ad una distanza superiore a 30Re  provengono essenzialmente dal vento solare. Misure combinate di GEOTAIL e WIND hanno poi evidenziato come nei periodi in cui il campo magnetico interplanetario e' rivolto verso zenith, cioe' durante i periodi di quiete geomagnetica, queste particelle riescano a dominare ad una distanza di circa 15 Re. Sebbene sia oramai stata confermata l'importanza del vento solare, come sorgente di particelle cariche che rimangono intrappolate nelle fascie di Van Allen, non e' ancora noto dove e come le particelle di vento solare riescono a penetrare nella magnetosfera cosi' come non è ancora chiaro il meccanismo con il quale queste particelle vengono trasportate e accelerate fino a raggiungere le regioni piu' interne della magnetosfera. 
Per quanto riguarda la ionosfera terrestre come sorgente di particelle cariche e' necessario sottolineare che anche in questo caso non sono noti esattamente i meccanismi con cui i flussi di particelle, uscendo dalla ionosfera, riescono a raggiungere le fascie di Van Allen. Negli ultimi anni, tuttavia, si e' riusciti ad evidenziare le zone fondamentali in cui le particelle fuoriescono (la "cleft" presente nel lato giorno e la regione aurorale) ed anche a comprendere che queste regioni dominano in maniera diversa a seconda delle condizioni magnetosferiche.

Decadimento
Gli studi condotti sulla corrente ad anello hanno permesso di evidenziare come quest'ultima sia soggetta a rapidi processi di decadimento. Attualmente e' ipotesi comune che un processo importante fra quelli responsabili del decadimento della corrente ad anello sia da individuarsi nella collisione con scambio di carica. La regione in cui e' situata la corrente ad anello, e' infatti anche caratterizzata dalla presenza di una nube piuttosto tenue di atomi di H relativamente freddi (1000 K). La caratteristica di questi atomi e' quella di diffondere la radiazione solare Lyman-alfa, dando cosi' origine ad un debole bagliore intorno alla Terra. E' proprio per tale motivo che un atomo di idrogeno appartenente a questa regione viene solitamente chiamato " idrogeno della geocorona". La presenza nella magnetosfera terrestre di questa nube di atomi H fa si' che gli ioni energetici, intrappolati nella regione della corrente ad anello, possano occasionalmente collidere con gli atomi freddi di H della geocorona ed avere con questi uno scambio di carica nel quale lo ione energetico acquista un elettrone dall'atomo di H. 
In particolare poiche' gli ioni energetici costituenti la corrente ad anello sono principalmente atomi carichi singolarmente (H+,O+,He+ ), si ha che acquistando un elettrone dall'atomo di H questi divengono atomi neutri energetici (ENA). Le collisioni con scambio di carica sono piuttosto rare, tuttavia l'intensificazione della densita' degli ioni, che si verifica in concomitanza alle tempeste magnetiche, puo' portare alla produzione di flussi di ENA piu' grandi di 105 particelle/(cm2 s sr keV).
Oltre a questo processo di decadimento dobbiamo inoltre ricordare il meccanismo di perdita dovuto all'interazione coulombiana e all'interazione onda-particella.
Per quanto riguarda l'interazione coulombiana si deve infatti ricordare che quando una particella carica, intrappolata nel campo magnetico terrestre, passa sufficientemente vicino ad un altra particella carica, non necessariamente anch'essa intrappolata nel campo, puo' accadere che la prima venga deviata dalla direzione iniziale del moto in maniera tale da allontanarsi dalle fascie di Van Allen. Alternativamente se la velocita' relativa di due cariche di segno opposto non e' molto grande, queste possono finire col neutralizzarsi a vicenda. Tale tipo di interazione costituisce il meccanismo di perdita fondamentale per tutte quelle particelle che non hanno il punto di riflessione nell'atmosfera terrestre e che quindi non possono essere soggette a processi di distruzione legati alla presenza del gas atmosferico.
 

testo di Paola De Michelis

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