Non devi essere uno scienziato della NASA o un astronomo per capire che lo spazio è fantastico. Ma quanto sia strano potrebbe sorprenderti. Il cosmo è dominato da forze elettromagnetiche invisibili che normalmente non sentiamo. È anche pieno di strani tipi di materia che non abbiamo mai incontrato sulla Terra. Ecco cinque cose ultraterrene che accadono quasi esclusivamente nello spazio.
plasma
Sulla Terra, la materia di solito assume uno dei tre stati: solido, liquido o gassoso. Ma nello spazio, il 99,9% della materia ordinaria si trova in una forma completamente diversa: il plasma. È costituito da ioni liberi ed elettroni ed è in uno stato sovralimentato rispetto al gas che si forma quando una sostanza viene riscaldata a temperature estreme o sottoposta a una forte corrente elettrica.
Sebbene raramente interagiamo con il plasma, lo vediamo sempre. Tutte le stelle nel cielo notturno, incluso il Sole, sono per lo più plasma. A volte appare persino sulla Terra sotto forma di fulmini e insegne al neon.
A differenza del gas, dove le singole particelle si muovono in modo casuale, il plasma può agire collettivamente come una squadra. Conduce elettricità ed è suscettibile ai campi elettromagnetici. Questi campi possono controllare il movimento delle particelle cariche nel plasma e creare onde che accelerano le particelle a velocità enormi.
Lo spazio è pieno di tali campi magnetici invisibili che determinano la traiettoria del plasma. Intorno alla Terra, lo stesso campo magnetico che fa puntare a nord le bussole dirige il plasma attraverso lo spazio intorno al nostro pianeta. Sul Sole, i campi magnetici innescano brillamenti solari e flussi diretti di plasma conosciuti come vento solare, che si muovono attraverso il sistema solare. Quando il vento solare raggiunge la Terra, può causare processi energetici come aurore e meteorologia spaziale, che, se abbastanza forti, possono danneggiare i satelliti e le telecomunicazioni.
Temperature estreme
Dalla Siberia al Sahara, la Terra sperimenta un'ampia gamma di temperature. Ci sono record di temperature che vanno da 57° C a -89° C. Ma ciò che consideriamo estremo sulla Terra è nella media nello spazio. Sui pianeti senza un'atmosfera isolante, le temperature oscillano selvaggiamente durante il giorno e la notte. Su Mercurio si osservano regolarmente giornate con una temperatura di circa 449° C e notti fredde fino a -171° C. E nello stesso spazio, su alcuni veicoli spaziali, la differenza di temperatura tra il lato illuminato e quello in ombra raggiunge i 33°C. Ad esempio, una sonda solare Sonda solare Parker della NASA all'avvicinamento più vicino al Sole, sentirà una differenza di oltre 2mila gradi.
I satelliti e gli strumenti che la NASA invia nello spazio sono accuratamente progettati per resistere a condizioni così estreme. Il Solar Dynamics Observatory della NASA trascorre la maggior parte del suo tempo alla luce diretta del sole, ma più volte all'anno la sua orbita passa all'ombra della Terra. Durante questo viaggio spaziale, la temperatura dei pannelli solari rivolti verso il Sole scende di 158°C. Tuttavia, i riscaldatori di bordo sono accesi per proteggere l'elettronica e gli strumenti, consentendo alla temperatura di scendere anche solo di mezzo grado.
Allo stesso modo, le tute spaziali degli astronauti sono progettate per resistere a temperature comprese tra -157°C e 121°C. Sono di colore bianco per riflettere la luce quando sono al sole e i riscaldatori sono posizionati all'interno per mantenere gli astronauti al caldo al buio. Sono inoltre progettati per fornire pressione e ossigeno costanti, nonché protezione contro i micrometeoriti e le radiazioni ultraviolette del sole.
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Alchimia cosmica
Il Sole comprime l'idrogeno in elio nel suo nucleo. Viene chiamato questo processo di unione degli atomi sotto pressione e temperatura enormi, con conseguente formazione di nuovi elementi fusione termonucleare. Quando l'universo è nato, conteneva principalmente idrogeno ed elio, oltre a pochi altri elementi più leggeri. Da allora, più di 80 altri elementi sono apparsi nello spazio come risultato della fusione di stelle e supernove, alcuni dei quali rendono possibile la vita.
Il Sole e le altre stelle sono eccellenti macchine termonucleari. Ogni secondo, il Sole brucia circa 600 milioni di tonnellate di idrogeno. Insieme alla creazione di nuovi elementi, la fusione rilascia un'enorme quantità di energia e particelle di luce chiamate fotoni. Questi fotoni impiegano circa 250 anni per percorrere circa 700 km e raggiungere la superficie visibile del Sole dal nucleo solare. Dopodiché, la luce impiega solo 8 minuti per percorrere 150 milioni di km fino alla Terra.
La fissione, la reazione nucleare opposta che divide gli elementi pesanti in elementi più piccoli, è stata dimostrata per la prima volta nei laboratori negli anni '1930 ed è utilizzata oggi nelle centrali nucleari. L'energia rilasciata durante la distribuzione può causare cataclismi. Ma per questa quantità di massa, è ancora parecchie volte inferiore all'energia rilasciata durante la fusione. Tuttavia, gli scienziati non hanno ancora deciso come controllare il plasma in modo tale da ottenere energia dalle reazioni termonucleari.
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Esplosioni magnetiche
Ogni giorno, lo spazio intorno alla Terra infuria con enormi esplosioni. Quando il vento solare, un flusso di particelle cariche provenienti dal Sole, si scontra con il mezzo magnetico che circonda e protegge la Terra - magnetosfera - intrappola i campi magnetici del Sole e della Terra. Alla fine, le linee del campo magnetico si comprimono e si allineano, respingendo le particelle cariche adiacenti. Questo evento esplosivo è noto come riconnessione magnetica.
Sebbene non possiamo vedere la riconnessione magnetica con i nostri occhi, possiamo osservarne gli effetti. A volte alcune delle particelle disturbate entrano negli strati superiori dell'atmosfera terrestre, dove provocano aurore (aurore boreali).
La riconnessione magnetica avviene in tutto l'universo, dove ci sono campi magnetici vorticosi. Le missioni della NASA come Magnetospheric Multiscale misurano gli eventi di riconnessione attorno alla Terra, aiutando gli scienziati a trovarla dove è più difficile da studiare, come nei bagliori sul Sole, nelle regioni che circondano i buchi neri e attorno ad altre stelle.
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Colpi supersonici
Sulla Terra, un modo semplice per trasferire energia è attraverso l'impulso. Questo è spesso causato da collisioni, come quando il vento fa oscillare gli alberi. Ma nello spazio, le particelle possono trasferire energia senza nemmeno scontrarsi. Questo strano trasferimento di energia avviene in strutture invisibili conosciute come onde d'urto.
Nelle onde d'urto, l'energia viene trasferita attraverso onde di plasma, campi elettrici e magnetici. Pensa alle particelle come a uno stormo di uccelli che volano insieme. Se il vento in coda si alza e spinge gli uccelli, volano più velocemente, anche se nulla sembra spingerli in avanti. Le particelle si comportano allo stesso modo quando incontrano improvvisamente un campo magnetico. Il campo magnetico, infatti, può dare loro una spinta in avanti.
Le onde d'urto possono formarsi quando le cose si muovono a velocità supersoniche, cioè più veloci della velocità del suono. Se un flusso supersonico si scontra con un oggetto stazionario, forma un cosiddetto colpo nasale. Uno di questi colpi d'arco è creato dal vento solare quando si scontra con il campo magnetico terrestre.
Le onde d'urto si trovano anche in altri luoghi nello spazio, ad esempio intorno a supernove attive, che emettono nuvole di plasma. In alcuni casi, le onde d'urto possono verificarsi temporaneamente sulla Terra. Questo accade quando proiettili e aeroplani volano più veloci della velocità del suono.
Tutti e cinque questi strani fenomeni sono comuni nello spazio. Sebbene alcuni di essi possano essere riprodotti in speciali condizioni di laboratorio, la maggior parte di essi non può essere trovata in condizioni normali sulla Terra. NASA sta studiando questi strani fenomeni nello spazio in modo che gli scienziati possano analizzarne le proprietà e ottenere informazioni sulla complessa fisica che è alla base del funzionamento del nostro universo.
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