Come ALTEA vede i raggi cosmici

Oggi siamo in viaggio e visto che guida mia moglie approfitto per scrivere il primo post che mostra alcune misure di raggi cosmici effettuate da ALTEA a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

Abbiamo visto che il campo magnetico terrestre offre uno schermo naturale ai raggi cosmici che investono la Terra. Questo schermo non è uguale a tutte le latitudini ma per le caratteristiche fisiche del campo geomagnetico ha come effetto la modulazione del flusso di raggi cosmici. Laddove le linee di campo sono perpendicolari alla superficie terrestre (vicino ai poli magnetici) l’efficacia dello schermo è minima; dove invece le linee di campo sono parallele alla superficie terrestre la deflessione dei raggi cosmici non permette ai raggi cosmici di penetrare il campo magnetico. Possiamo idealmente pensare a tre zone geomagnetiche: le zone polari in cui il flusso di raggi cosmici è maggiore, le zone equatoriali dove possono penetrare solo le particelle più energetiche in cui il flusso è quindi minore e infine la zone dell’Anomalia Sud Atlantica dove il flusso aumenta considerevolmente a causa dei protoni intrappolati.

Queste caratteristiche dell’ambiente di radiazione in orbita terrestre possono essere riscontrate con una semplice misura. I rivelatori di particelle di ALTEA mostrano il seguente andamento del flusso di particelle misurato il giorno 233 del 2006:

E’ possibile osservare la modulazione del flusso descritta precedentemente. Il flusso di particelle in corrispondenza dei poli è di circa 34 particelle al secondo, mentre all’equatore il flusso è di circa 5 particelle al secondo. Parliamo quindi di una differenza di 7 volte! Questa differenza è dovuta alla particolare orbita della Stazione Spaziale che è inclinata di circa 51 gradi. Rivelatori in orbite più polari mostrerebbero una differenza di flusso tra poli ed equatore anche più marcata.

Bisogna specificare che questa misura di flusso è relativa ad un singolo rivelatore di ALTEA che ha una superficie di rivelazione abbastanza grande (in termini tecnici possiamo dire che un singolo rivelatore ha un fattore geometrico pari a 230 cm² sr). Il fattore geometrico è un concetto molto importante in quanto permette di calcolare quanto sarebbe il flusso intercettato su oggetti di dimensioni diverse, ad esempio permette di calcolare quante particelle colpirebbero il cervello o l’occhio di un astronauta. Di solito quindi i risultati di queste misure non vengono dati come particelle al secondo, perché questo numero ovviamente dipende dalle caratteristiche del rivelatore, ma vengono normalizzate al fattore geometrico. In questo caso sarebbe più utile parlare di un flusso ai poli di 0.15 particelle / (s * cm² * sr). Inoltre in questa misura la soglia di rivelazione di ALTEA era impostata su un valore basso (5 MIP, mentre di solito è impostata a 10 MIP).

Dal grafico si può anche misurare il periodo orbitale della stazione. Infatti tra i due passaggi all’equatore, come tra i due poli, passano circa 45 minuti. Questo porta ad un orbita completa di circa 90 minuti.

Nel grafico precedente non è presente l’Anomalia Sud Atlantica. I passaggi sopra l’Anomalia infatti non avvengono ad ogni orbita, ma circa 2 volte al giorno e sono raggruppati in gruppi da 3-4 passaggi in altrettante orbite successive. Questo è mostrato bene nel grafico seguente, che è analogo al precedente, ma copre un periodo più lungo pari a poco più di un giorno.

Le oscillazioni piccole (fino a 10 particelle al secondo) sono i passaggi ai poli. I passaggi sulla SAA sono quelli indicati dalle frecce e arrivano fino a 80 particelle al secondo. Oltre ai passaggi sulla SAA si notano altre due cose in questo grafico. La prima cosa è che i poli arrivano solo a 10 particelle invece delle 33 di prima. Infatti la soglia di questa misura era 10 MIP invece di 5. Cioè particelle con un rilascio inferiore alla soglia impostata non vengono registrate dallo strumento. Questo spiega la differenza rispetto alla misura precedente. La seconda cosa da notare è che il massimo di flusso ai poli non è costante ma oscilla, come si vede chiaramente dal grafico seguente.

Questa oscillazione è detta effetto longitudine e dipende dal fatto che la stazione segue un’orbita che precede con un periodo di circa 24 ore. La Stazione Spaziale ogni 24 ore circa si avvicina ai poli magnetici e il flusso in questi passaggi è più elevato.

Nei prossimi post vi mostrerò come possiamo osservare le caratteristiche delle particelle nelle diverse zone geomagnetiche andando a studiare lo spettro dell’energia rilasciata dai raggi cosmici nei rivelatori.