CSES-Limadou compie tre anni. La missione satellitare, una collaborazione fra l’Agenzia Spaziale Cinese (CNSA) e l’Agenzia Spaziale Italiana, porta con se lo strumento italiano HEPD per la rivelazione di particelle di alta energia e nuclei.
«La grande rilevanza scientifica di CSES-Limadou- fa notare Piergiorgio Picozza dell'INFN - risiede nell’avere a bordo di un solo satellite, per la prima volta, praticamente tutti i principali sensori necessari per lo studio di ionosfera, magnetosfera e del loro possibile accoppiamento con la litosfera, ancora completamente funzionanti dopo tre anni in orbita». In questi tre anni HEPD (High Energy Particle Detector) e l’insieme degli strumenti realizzati per lo studio e la caratterizzazione del plasma e delle perturbazioni indotte dall’attività solare hanno trasmesso una grande quantità di dati che sono stati analizzati dalla collaborazione italiana composta da varie sezioni INFN, dall’INAF-IAPS, INGV, CNR-IFAC e dalle Università di Trento, Roma Tor Vergata, UTIU. La convergenza in un unico team, con diverse competenze scientifiche, dalla sismologia alla fisica delle particelle, all’astrofisica ha permesso di ottenere importanti risultati presentati alle più importanti conferenze internazionali e pubblicati su prestigiose riviste internazionali. In questa prima fase dell’esperimento, HEPD si è dimostrato un ottimo rivelatore anche dei fenomeni legati allo Space Weather, registrando una delle rare tempeste geomagnetiche avvenute negli ultimi anni, quella del 25 Agosto 2018.
Figura 1 (in allegato): Risposta di HEPD all'arrivo della tempesta del 25 Agosto 2018 (pannello superiore). L'aumento delle particelle di bassa energia in prossimità dell'impatto della stessa è ben visibile se confrontato con una misura del disturbo del campo magnetico svolta da strumenti a terra (pannello inferiore).
HEPD ha inoltre registrato, per la prima volta in orbita bassa (circa 500km) nel periodo 2018-2020, protoni cosmici di bassa energia misurandone il flusso con alta precisione. Queste misure hanno dato un contributo importante alla comprensione del campo magnetico interplanetario. I dati di HEPD su elettroni e protoni alle energie dei MeV o delle decine/centinaia di MeV coprono l’intervallo più interessante dal punto di vista scientifico: soprattutto in vista del completamento della missione delle Van Allen Probes, le capacità di HEPD saranno molto utili alla comunità scientifica internazionale. CSES ha anche permesso di identificare le fluttuazioni ad alta frequenza del campo elettrico all'ingresso dell'Ovale Aurorale, dove le particelle cariche interagiscono con la ionosfera terrestre, grazie alla elevata velocità di campionamento dei suoi strumenti alle basse latitudini, la straordinaria sensibilità di EFD e Lp hanno permesso l’identificazione e lo studio di importanti fenomeni associati a brusche riduzioni della densità di plasma (plasma bubbles).
Figura 2: misure di flussi di protoni cosmici svolte da HEPD in tre semestri (dal 2018 al 2020) confrontato con alcuni modelli teorici e con i dati del satellite SOHO/EPHIN, unici disponibili in questo range energetico.
«Un importante contributo alla riuscita della missione CSES-Limadou e’ stata la campagna di calibrazione di tutta la strumentazione per lo studio del plasma presso la Camera a Plasma dello IAPS-INF di Roma - conferma Ubertini - infatti grazie alle collaborazioni scientifiche con CEA e NSSC è stato possibile portare a termine una campagna di validazione dei dati di EFD analizzando le misure ottenute nelle varie bande di frequenza per confronto con altri strumenti o con segnali noti di origine naturale o antropogenica».
«I dati degli elettroni a bassa energia e i dati di campo elettrico, assieme alle informazioni raccolte dagli altri strumenti, hanno permesso di mettere in evidenza, per la prima volta, tutti gli elementi alla base del meccanismo dell’accoppiamento co-sismico tra la litosfera e la magnetosfera in presenza di un terremoto - evidenzia Roberto Battiston dell'Università di Trento.
Figura 3 (in allegato) Componenti principali del modello M.I.L.C che spiega come l’energia sprigionata durante un terremoto si trasmette agli strati alti dell’atmosfera fino alla magnetosfera
In presenza di un forte terremoto il movimento della superficie della terra (superficie solida o liquida), attiva un’onda gravito-acustica, osservabile da satellite, che una volta raggiunta la ionosfera induce l’emissione di onde elettromagnetiche di bassa frequenza (centinaia di Hz) che alterano il campo magnetico, modificando la frequenza di risonanza delle linee di campo, influenzando il moto delle particelle intrappolate nelle fasce di Van Allen.
E’ stato sviluppato il modello MILC [1] che descrive in modo coerente questo meccanismo, come mostrato in figura 3. Il modello è stato verificato in tutte le sue componenti con le misure prese da CSES e da altri satelliti in occasione del terremoto di Bayan (2018). E’ in corso di sviluppo l’applicazione dello di questo modello allo studio di altri terremoti osservati negli ultimi due anni, ampliando lo studio all’intervallo temporale adiacente al momento del sisma.
