Addio allo scopritore delle Fasce di van Allen
16/8/2006

Distratti dal lungo ponte di Ferragosto, i giornali italiani non si sono accorti della morte, a 91 anni, di James Alfred van Allen (foto). Eppure è uno scienziato che tutti dovrebbero conoscere se non altro perché ha dato il suo nome alle fasce di radiazioni che circondano la Terra. In più, ha compiuto questa scoperta con il primo satellite artificiale americano, l’Explorer 1, lanciato il 31 gennaio 1958 in risposta allo Sputnik che i sovietici avevano messo in orbita il 4 ottobre 1957, in piena guerra fredda, scuotendo il mondo e in particolare gli Stati Uniti.

Dato che i giornali hanno trascurato la notizia, più attratti dalla buffa vicenda della Nasa che smarrisce i filmati originali del primo sbarco sulla Luna, proviamo a rimediare almeno in questa rubrica web. James van Allen, nato il 7 settembre 1914, aveva preso il dottorato all’Università dello Iowa nel 1939 e fin da allora si occupava di astrofisica delle particelle. La guerra lo coinvolse per qualche anno in ricerche militari: alla John Hopkins University contribuì allo sviluppo di detonatori per la difesa antiaerea delle navi.

Tornato alla scienza pura nel 1946, van Allen poté utilizzare alcuni razzi V2 sottratti ai nazisti per ricerche nell’alta atmosfera e si convinse che l’esplorazione dello spazio avrebbe potuto portare a scoperte di grande importanza. Così, in vista dell’Anno Geofisico Internazionale (1957-58) propose il lancio di un satellite artificiale con a bordo un contatore Geiger.

L’idea non trovò inizialmente grande entusiasmo, ma le cose cambiarono quando il 4 ottobre 1957 l’Unione Sovietica mise in orbita il primo satellite artificiale. Più che un’impresa scientifica, quella russa fu una grande prova di forza missilistica. Gli Stati Uniti corsero allora ai ripari e il progetto di James van Allen poté andare in porto. Fallito un primo lancio, il satellite americano “Explorer 1” andò felicemente in orbita alla fine di gennaio del 1958 e, a differenza dello Sputnik, che aveva a bordo soltanto una radio trasmittente per segnalare la sua presenza, trasmise dati scientifici di grande interesse e novità, rivelando l’esistenza intorno alla Terra di una fascia di radiazioni molto intense.

Che questa fascia esistesse era già previsto per via teorica, ma la prova sperimentale fu decisiva. Lanci successivi di altri tre Explorer e un Pioneer a quote più alte dei mille chilometri di Explorer 1, rivelarono poi una seconda fascia.

Van Allen divenne immediatamente celebre, anche perché la fascia di radiazioni fu battezzata con il suo nome. Continuò a insegnare all’Università dello Iowa fino alla pensione nel 1985, ma anche dopo non si allontanò mai dalla ricerca, occupandosi della grande quantità di dati inviati dal Pionieer 10, navicella che dopo aver visitato Giove e Saturno ancora viaggia all’esterno del sistema planetario, alla periferia dell’eliosfera.

Le Fasce di van Allen (disegno) hanno la forma di una ciambella che circonda la Terra con una maggiore espansione all’equatore e lascia liberi i poli al di sopra dei 65 gradi. Alla loro origine è il campo magnetico terrestre: le particelle cariche elettricamente provenienti dallo spazio (vento solare, raggi cosmici) vengono intrappolate dal campo magnetico della Terra e si accumulano nelle Fasce. La fascia più bassa, quella scoperta dall’Explorer 1, si estende dall’alta atmosfera (200 km) fino a qualche migliaio di chilometri ed è composta soprattutto da protoni (particelle cariche positivamente) ma contiene anche particelle alfa (nuclei di elio), altri ioni ed elettroni. La fascia più esterna va da 10 mila a 65 mila chilometri dalla Terra e contiene in prevalenza elettroni (particelle con carica elettrica negativa). La zona più radioattiva va da 14 mila a 19 mila chilometri. L’estensione di questa fascia varia molto a seconda della potenza del vento solare e le sue particelle subiscono un continuo ricambio. Le particelle della fascia inferiore invece hanno una vita media di 10 anni prima di essere assorbite nell’atmosfera.

L’intera energia dei raggi cosmici e del vento solare è paragonabile a quella della radiazione luminosa delle stelle, cioè molto piccola. Ma poiché le particelle si accumulano formando un plasma relativamente denso, per gli astronauti e per l’elettronica dei satelliti artificiali che si trovano ad attraversare le Fasce di van Allen i rischi sono seri. In compenso, il campo magnetico terrestre, creando questo schermo, consente la vita sulla superficie del pianeta. Le Fasce di van Allen, da questo punto di vista, sono lo scudo che ci protegge dalla radioattività di origine cosmica.

L’intera energia dei raggi cosmici e del vento solare è paragonabile a quella della radiazione luminosa delle stelle, cioè molto piccola