Le fasce di Van Allen: misteriose quanto pericolose

Vengono spesso descritte come insormontabili, pericolose, mortali… cosa sono realmente le fasce di Van Allen? Una civiltà aliena in visita alla Terra sarebbe in grado di superarle?

Quando si parla delle fasce di Van Allen, spesso si sentono pareri molto contrastanti, c’è infatti chi ritiene che non siano pericolose per gli astronauti che le attraverserebbero e c’è chi invece pensa che attraversarle, anche con le schermature più sicure, sia fatale.

Simbolo del periocolo radiazioni ionizzanti.

Ma cosa sono realmente le Fasce di Van Allen?

Le fasce di Van Allen sono delle regioni dello spazio che circondano la Terra in cui si sono accumulate e continuano ad accumularsi una grande quantità di radiazioni ionizzanti, ovvero quelle radiazioni che hanno energia sufficiente per dare luogo a processi di ionizzazione… insomma, stiamo parlando di radiazioni che provocherebbero molto probabilmente a chiunque ne sia esposto per un grande intervallo di tempo dei gravi danni (ciò ovviamente varia a seconda della dose assorbita).

Rappresentazione delle fasce di Van Allen (possiamo osservarne 2 principali, quella interna e quella esterna). Il colore rosso indica una maggiore concentrazione di radiazioni.
Immagine da Wikipedia.


Queste radiazioni, in questo caso particelle cariche intrappolate nel campo magnetico terrestre per via della forza di Lorentz, sono disposte in una fascia toroidale che avvolge la Terra e si avvitano in un moto continuo attorno alle linee del campo magnetico.

Come vediamo dalla prima immagine, le fasce di Van Allen si suddividono principalmente in due zone: quella interna, composta principalmente di protoni (che costituiscono la radiazione più energetica e quindi più pericolosa, si parla infatti di protoni in media con un’energia dell’ordine dei 100 MeV) e quella esterna, composta principalmente da elettroni (elettroni a cui è associata in media un’energia di circa 0,1-10 MeV).
Queste particelle cariche rimangono intrappolate nel campo magnetico terrestre sono in parte provenienti dal Sole e in parte dall’esterno del Sistema Solare (si parla di Raggi Cosmici Galattici).

Quale è l’estensione misurata a partire dal livello del mare delle fasce di Van Allen?

La fascia più interna con prevalenza di protoni potremo dire essere compresa tra 700km e 12000km (fatta eccezione per l’anomalia sud atlantica SAA, regione collocata nell’Oceano Atlentico del Sud tra l’America del Sud e l’Africa in cui le fasce di Van Allen arrivano addirittura a circa 200km dalla superficie terrestre), mentre quella più esterna con prevalenza di elettroni tra 13000km e 40000km (potremo quasi dire fino a 60000km rispetto al livello del mare, ma già da 40000km in sù il loro effetto risulta essere trascurabile rispetto all’effetto negativo di un eventuale attraversamento presente a quote inferiori).

Rappresentazione artistica delle fasce di Van Allen.

E’ possibile per i satelliti attraversare queste fasce senza riportare danni?

La risposta a questa domanda può variare a seconda di diversi fattori: il più importante di tutti è il fattore tempo. Infatti la dose di radiazioni assorbita da un oggetto come un satellite o da una persona va misurata rispetto ad un intervallo di tempo. Maggiore sarà il tempo in cui siamo esposti alle radiazioni (e maggiore sarà l’intensità e quindi l’energia delle particelle che compongono le radiazioni), maggiore sarà il rischio di subire danni. Quanto appena detto vale sia per i satelliti che per gli astronauti. Tuttavia le schermature (ad esempio un rivestimento del satellite o delle parti che costituiscono l’elettronica di bordo) anche spesse qualche millimetro sono i grado di attenuare notevolmente i danni subiti. Un’altra precauzione atta ad evitare danni da radiazioni ionizzanti per i satelliti che si trovino a passare attorno alle fasce di Van Allen per via della loro orbita (si parla di satelliti che hanno una MEO, ovvero una Medium Earth Orbit) è lo spegnimento momentano (il satellite ovviamente continuerà a muoversi, perché il campo gravitazionale terrestre fortunatamente continuerà ad avere la sua infulenza sul satellite anche quando questo è spento).
In conclusione possiamo dire che i satelliti possono “benissimo” passare attraverso le fasce di Van Allen se opportunamente “preparati”.

Due satelliti e la Terra.

Per quanto riguarda invece l’attraversamento delle fasce da parte di un equipaggio umano?

Molti si chiedono come hanno fatto gli astronauti che sono andati sulla Luna ad attraversare le Fasce di Van Allen senza morire a causa delle forti radiazioni. La risposta sta nel fattore tempo e nella traiettoria seguita dalla navetta che ha portato gli astronauti fuori dalla sfera d’influenza terrestre per entrare nella sfera d’influenza lunare. Infatti le missioni Apollo hanno seguito una traiettoria nel suo allontanamento dalla Terra che evitava la fascia più interna, altamente radioattiva e quindi anche la più pericolosa. Hanno comunque attraversato le zone in cui è presente la fascia di Van Allen più esterna, quella meno energetica. Sono riusciti a uscirne indenni in quanto il tempo di esposizione alle radiazioni è risultato essere molto limitato e inoltre la concentrazione delle radiazioni della fascia più esterna è molto più bassa rispetto alla concetrezione delle particelle nella fascia più interna; la concentrazione di radiazioni infatti dimunisce sempre di più, più ci si allontana dalla Terra. Nell’immagine sottostante è possibile vedere la traiettoria seguita dalle missioni Apollo: vediamo che passano dai Poli, zone in cui, essendo il campo magnetico più debole e quindi essendoci una concentrazione di particelle energetiche più bassa e l’effetto di bottiglia magnetica che fa sì che le particelle cariche che costituiscono la radiazione, raggiunta una certa altezza tornino indietro ruotando in senso contrario, la dose equivalente assorbita dagli astronauti risulta essere relativamente bassa, non compromettendo né la missione né la salute degli astronauti.

Traiettoria (in rosso) “sicura” per “uscire” dalla Terra.

Conclusioni:

Detto ciò, possiamo senza dubbio affermare che un’eventuale razza aliena che venisse a farci visita sarebbe in grado di attraversare le fasce di Van Allen o comunque di seguire delle traiettorie “sicure”, dato che ne siamo in grado anche noi essere umani.
Vorrei inoltre farvi osservare che le fasce di Van Allen non sono presenti solo attorno alla Terra, ma si trovano delle fasce analoghe anche attorno a tutti i pianeti che godono di un campo magnetico simile o superiore a quello terrestre come nel caso del gigante gassoso Giove.