L’elusiva ‘ignorosfera’ della Terra potrebbe far luce sulle aurore

Un’immagine dell’aurora boreale⁢ sopra Bloomington, Indiana. Gli scienziati giapponesi hanno creato il primo dataset a lungo termine⁤ sull’intera atmosfera terrestre, fino ⁢allo​ spazio. Sperano che‌ il progetto‍ possa far luce su alcuni ​processi poco esplorati che avvengono all’interno del manto gassoso del nostro pianeta, inclusa la ‍magnifica aurora boreale. Alcune parti dell’atmosfera⁤ terrestre sono studiate ⁣continuamente in dettaglio incredibile. Ad esempio, milioni di stazioni meteorologiche in tutto il mondo, centinaia di palloni meteorologici e innumerevoli aerei forniscono misurazioni ⁤giornaliere dell’intera troposfera, ⁢la regione più bassa ‍dell’atmosfera. ‍I palloni raggiungono anche ‍la parte inferiore della stratosfera, ⁣lo strato sopra la troposfera. La quantità di‍ dati generati da queste misurazioni è così ​alta che rende⁤ i modelli meteorologici computazionali moderni quasi infallibili. Guardando ‍un po’ più in alto, tuttavia, la storia è completamente diversa. La mesosfera, lo⁣ strato di aria​ rarefatta sopra la‌ stratosfera‍ che arriva quasi al⁤ bordo dello spazio, è molto poco conosciuta. Si sa così poco sui processi nella mesosfera che la regione è talvolta chiamata‍ “ignorosfera”. Questo vuoto nella nostra⁤ conoscenza è il risultato dell’inaccessibilità dell’ignorosfera: è troppo alta per i‌ palloni ​stratosferici e generalmente troppo bassa per gli strumenti sui satelliti in orbita terrestre bassa.

Un team di ricercatori dell’Università di Tokyo ​ha tentato⁣ di risolvere il problema ⁣utilizzando la modellazione computerizzata. Hanno preso le rare misurazioni disponibili dei ‌parametri meteorologici nell’ignorosfera ⁢— ottenute da razzi sonda e ‌strumenti radar e lidar basati a terra — e le hanno inserite in ​un nuovo sistema di assimilazione dei ‍dati che ‍avevano sviluppato in precedenza. L’assimilazione⁤ dei dati è ⁢una tecnica‍ che combina ​la modellazione con osservazioni dirette per‍ prevedere l’evoluzione di ⁤un sistema. Il sistema è stato quindi‌ istruito a ricostruire ciò che potrebbe accadere all’interno ‍della mesosfera per colmare le lacune. I ricercatori giapponesi hanno utilizzato il ⁤modello per generare 19 anni di dati che‌ coprono l’evoluzione⁢ dell’intera ‍atmosfera⁤ fino all’altitudine di​ 110‌ chilometri. Hanno ‌poi utilizzato misurazioni ​aggiuntive dei venti mesosferici ottenute da radar a terra per verificare alcuni ‍parametri ⁢nel‌ modello e acquisire⁤ fiducia nei suoi risultati.

Il⁢ dataset copre il periodo tra settembre 2004 e dicembre 2023 e permetterà​ ai ricercatori‍ di esplorare e modellare alcuni dei fenomeni misteriosi ⁤che avvengono a quote più elevate, inclusa l’affascinante aurora boreale e la sua ​controparte antipodale, l’aurora australis. “Per la troposfera e‌ la stratosfera, abbiamo ​molti dati e la modellazione numerica per⁢ questa regione è quasi perfetta,” ha detto Kaoru Sato, professore ⁤di fisica atmosferica⁢ all’Università di Tokyo⁢ e ricercatore principale del progetto. “Nella regione sopra, i modelli non funzionano ⁤altrettanto bene perché non hanno dati accurati delle condizioni iniziali. Il nostro dataset può fornire questo.”⁤

L’ignorosfera è la ⁢regione atmosferica dove si verificano molti effetti legati al meteo spaziale.⁢ Quando esplosioni di particelle cariche dal sole colpiscono il nostro pianeta,‍ si mescolano con i ⁤gas rarefatti in alto sopra la Terra, eccitando ‍le‍ molecole d’aria. Quando ‍ciò ​accade, le⁤ molecole ⁤emettono il bagliore affascinante che possiamo osservare sulla‌ Terra come le ⁤aurore. Ma⁢ ci sono altri effetti, meno visibili, che il meteo spaziale ha sull’atmosfera. “Le particelle solari ​ad ‍alta⁣ energia possono cambiare la chimica ⁤dell’ozono e disturbare lo strato di ozono,” ha detto Sato. “Sappiamo anche che il fenomeno ‍dell’aurora ​può creare quelle che chiamiamo onde di gravità, che poi si⁤ propagano verso ⁤il basso nell’atmosfera.”

Le onde di gravità (da non confondere con le​ onde‌ gravitazionali prodotte da collisioni di buchi neri, tra altri incontri drammatici) sono ⁢vortici che si verificano ​in tutta l’atmosfera. Trasportano energia in tutto il⁣ globo, influenzando così i modelli climatici. Finora,‌ tuttavia, i modellatori ‌climatici non sono stati in grado di comprendere gli effetti delle ⁤onde di gravità che si verificano a quote più elevate. “Il​ nostro dataset fornisce condizioni iniziali ad altissima risoluzione per il modello di circolazione generale dell’atmosfera,” ha detto Sato. “Quindi, ci permette⁢ di simulare le onde di gravità in ⁢tutta l’atmosfera, dalla superficie al‌ bordo dello spazio.” ⁤

I⁣ dati aiuteranno anche i⁤ ricercatori a modellare meglio come i processi nell’atmosfera inferiore influenzano ⁣la ionosfera, la parte dell’atmosfera sopra ​altitudini di ⁢80 ‌km, dove le particelle​ gassose sono costantemente ionizzate dal vento solare.⁢ Sato ⁣ha detto che le onde atmosferiche, incluse le⁤ onde di gravità e le onde di‌ marea su scala globale, influenzano la dinamo ionosferica, ⁢un processo che genera ​una corrente elettrica intorno al pianeta ⁢attraverso l’interazione tra le linee ‍del campo magnetico terrestre‍ e i movimenti ​dell’aria ⁤ionizzata della⁣ ionosfera.

Ci sono altri⁤ misteri‌ che i ricercatori sperano che il loro dataset aiuti a risolvere — ad esempio, il fenomeno strano noto come accoppiamento inter-emisferico, osservato per la prima volta⁢ alla fine degli⁢ anni 2000. L’accoppiamento inter-emisferico è⁢ una connessione presunta tra la mesosfera antartica e la stratosfera artica, in⁢ cui ‍rare nubi ad alta ​quota appaiono e scompaiono regolarmente allo stesso tempo, di solito nel mese di ​gennaio, ha ⁣detto ‍Sato. “Se vogliamo‌ capire i meccanismi dietro questo⁤ accoppiamento inter-emisferico, abbiamo⁣ bisogno ⁣di dati,” ha detto Sato. “Il nostro ⁢dataset può⁤ fornire ​informazioni molto preziose per affrontare questo accoppiamento.”

Un articolo che descrive il lavoro svolto dal ‍team giapponese è stato pubblicato sulla rivista Progress in Earth and Planetary Science il 10 gennaio.


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