La Terra è circondata da anelli invisibili. Non sono fatti di ghiaccio e roccia come quelli di Saturno, ma di particelle cariche ad alta energia intrappolate dal campo magnetico. Si chiamano fasce di Van Allen e furono la prima grande scoperta dell'era spaziale. Ancora oggi sono uno dei principali problemi da affrontare per chi manda satelliti e astronauti nello spazio.
La prima scoperta dell'era spaziale
Il 31 gennaio 1958 gli Stati Uniti lanciarono il loro primo satellite, Explorer 1. A bordo c'era un contatore Geiger progettato dal fisico James Van Allen dell'Università dell'Iowa, per misurare i raggi cosmici. A certe altitudini lo strumento smetteva di contare, come se non ci fosse radiazione. Van Allen e il suo gruppo capirono che era vero il contrario: la radiazione era così intensa da saturare il contatore.
Le misure del satellite Explorer 3, lanciato poche settimane dopo con un registratore a bordo, confermarono la scoperta: la Terra era circondata da una zona di radiazione intensa. Le fasce presero il nome del loro scopritore.
Come sono fatte
Le fasce principali sono due, a forma di ciambella, centrate sull'equatore magnetico:
- La fascia interna si trova tra circa 1.000 e 6.000 chilometri di quota ed è composta soprattutto da protoni di alta energia. È relativamente stabile.
- La fascia esterna si estende da circa 13.000 a 60.000 chilometri ed è formata soprattutto da elettroni. È molto più variabile: si gonfia e si svuota a seconda dell'attività del Sole.
Le particelle sono intrappolate dal campo magnetico terrestre: si muovono a spirale lungo le linee del campo, rimbalzando da un polo all'altro in pochi secondi, e intanto derivano lentamente attorno alla Terra. Provengono in parte dal vento solare e in parte dai raggi cosmici, che urtando l'atmosfera producono neutroni che decadono in protoni ed elettroni. Il funzionamento dello scudo magnetico della Terra è raccontato anche nell'articolo sul campo magnetico che vibra come un tamburo.
Una terza fascia
Nel 2012 la NASA lanciò due sonde gemelle, le Van Allen Probes, per studiare le fasce in dettaglio. Pochi mesi dopo il lancio le sonde fecero una scoperta inattesa: tra le due fasce principali era comparsa una terza fascia temporanea, formata dopo una tempesta solare, che rimase stabile per circa quattro settimane prima di essere spazzata via da un'altra perturbazione. Le sonde hanno lavorato fino al 2019 e hanno mostrato quanto le fasce siano dinamiche.
Un problema per satelliti e astronauti
Le particelle delle fasce possono danneggiare l'elettronica dei satelliti, degradare i pannelli solari e provocare errori nei computer di bordo. Per questo i satelliti destinati a orbite che attraversano le fasce, come quelli dei sistemi GPS, sono progettati con componenti schermati e resistenti alle radiazioni.
La Stazione Spaziale Internazionale orbita a circa 400 chilometri, sotto la fascia interna, ed è quindi relativamente protetta. C'è però una zona in cui la fascia interna scende più vicino alla Terra: l'anomalia del Sud Atlantico, sopra il Sudamerica e l'Atlantico meridionale, dove il campo magnetico è più debole. Quando la stazione la attraversa, gli astronauti ricevono una dose maggiore di radiazioni e alcuni strumenti vengono spenti per precauzione.
Le fasce e le missioni Apollo
Le fasce di Van Allen sono spesso citate dai sostenitori della teoria secondo cui gli allunaggi sarebbero stati falsi: gli astronauti non sarebbero sopravvissuti alle radiazioni. È un argomento infondato. Le traiettorie delle missioni Apollo furono studiate per attraversare le zone meno intense delle fasce, e il passaggio durò poche ore. Le dosi ricevute dagli astronauti, misurate con dosimetri, furono paragonabili a quelle di alcune radiografie mediche, molto al di sotto dei livelli pericolosi. Le stesse considerazioni valgono oggi per le missioni del programma Artemis.
Le fasce artificiali
C'è un capitolo meno noto della storia delle fasce. Negli anni della Guerra fredda Stati Uniti e Unione Sovietica fecero esplodere ordigni nucleari nell'alta atmosfera e nello spazio. Il test americano più noto, Starfish Prime, avvenne il 9 luglio 1962 a 400 chilometri di quota sopra l'oceano Pacifico. L'esplosione creò una fascia di radiazione artificiale che durò anni e danneggiò o distrusse diversi satelliti, tra cui il primo satellite per telecomunicazioni commerciale, Telstar. Sono anni in cui l'uso delle armi nucleari nello spazio veniva preso seriamente in considerazione, come mostra l'idea di bombardare la Luna. Il Trattato sul divieto parziale dei test nucleari del 1963 mise fine a questi esperimenti.
Per proteggere gli astronauti si studiano anche soluzioni biologiche, come il fungo di Chernobyl che sembra resistere alle radiazioni.
Oggi le fasce sono sorvegliate come parte del meteo spaziale, perché la loro intensità cambia con le tempeste solari. Per approfondire si può consultare la voce Van Allen radiation belt su Wikipedia in inglese. Altri articoli si trovano nella sezione Astronomia.
