In natura vi sono alcuni interessanti esempi relativi al moto di particelle cariche in campo magnetico. Il primo è fornito dalla radiazione cosmica allorché interagisce con i campi magnetici interplanetari (principalmente con quello solare) e con quello terrestre. Per mezzo di opportuni rivelatori posti sulla Terra, su missili e su satelliti artificiali lanciati nello spazio, si possono effettuare importanti ricerche sulla natura, l'origine e la distribuzione della radiazione cosmica.
Uno dei problemi particolarmente studiati è il cosiddetto effetto di latitudine, cioè la variazione del numero di particelle che arrivano sul nostro pianeta in relazione alla distribuzione dei campi magnetici sopra menzionati.
Un altro esempio è dato dalle fasce di Van Allen, dal nome del direttore di un gruppo di ricercatori dell'Università dello Iowa.
Essi sistemarono un rivelatore (contatore Geiger) di particelle, che conta il numero di particelle che giungono in un tempo unitario, sul primo satellite americano messo in orbita il 31 gennaio 1958, l'Explorer I.
Il contatore Geiger funzionò regolarmente alle basse quote, ma sopra i 2000 km non registrò più nulla, tanto che in un primo momento i ricercatori pensarono a un guasto dell'apparecchio. Dopo alcuni studi però gli stessi ricercatori giunsero alla conclusione che il contatore in realtà era stato bloccato da una radiazione molto intensa.
Le regioni dello spazio che contengono l'elevato numero di particelle cariche sono quelle zone in cui protoni ed elettroni sono intrappolati nel campo magnetico terrestre, muovendosi a spirale nella direzione del campo magnetico, approssimativamente da Nord a Sud e viceversa.
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| Rappresentazione di alcune particelle cariche intrappolate nel campo magnetico terrestre, le più veloci su linee di forza interne e le più lente su linee di forza esterne. |
Le particelle di media velocità sono catturate lungo linee di forza più esterne e penetrano nell'atmosfera terrestre alle alte latitudini, mentre le particelle più veloci sono intrappolate lungo linee di forza più interne e quindi si avvicinano alla Terra a latitudini inferiori.
Queste regioni in cui le particelle cariche sono intrappolate nel campo magnetico terrestre sono chiamate fasce di Van Allen.
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| Fasce di Van Allen. Le linee rappresentate sono la sezione piana di superfici che delimitano regioni dello spazio intorno alla Terra, ove sono intrappolate particelle cariche. I numeri indicati sono gli impulsi registrati in ogni secondo dai contatori che rivelano l'esistenza di tali particelle. Si distinguono due zone a forma di ciambella, una più interna e l'altra più esterna, in cui la densità di particelle è particolarmente alta. |
Fra queste si distinguono due zone ad elevata intensità di particelle e aventi la forma di ciambella, una interna costituita da protoni di alta energia e un'altra più esterna formata da elettroni di minore energia.
La fascia interna dista dalla Terra circa 1,5 raggi terrestri, mentre quella esterna si trova a circa 3,5 raggi terrestri.
Le curve rappresentate in figura sono le intersezioni piane delle superfici su cui la densità di particelle è costante e i numeri indicati sono le frequenze di conteggio dei contatori, cioè il numero di particelle registrate in ogni secondo.
Non si conosce esattamente la provenienza delle particelle intrappolate nelle fasce di Van Allen, comunque sembra certo che almeno in parte provengano dal Sole; la densità delle fasce infatti è collegata con l'attività del Sole.
Le particelle della fascia esterna pare che derivino direttamente dalla radiazione solare, mentre quelle della fascia interna si generano in seguito al decadimento naturale dei neutroni prodotti dalle interazioni tra i protoni della radiazione solare e i nuclei dei gas dell'atmosfera; i neutroni, infatti, si trasformano spontaneamente in protoni ed elettroni (oltre a un neutrino, particella priva di massa e di carica che non è soggetta all'azione del campo magnetico).
Per concludere, occorre ricordare che questi campi di ricerca sono attualmente in piena fase di sviluppo e innumerevoli problemi rimangono ancora aperti.
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