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25/09/2017
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Raggi cosmici ed eclissi di Sole

 

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Rivelatore di muoni AMD5
Software AstroRad
Introduzione alle AstroParticelle

Il libro AstroParticelle

26.09.2013 - Un viaggio scientifico tra i raggi cosmici raccontato attraverso la storia, le invenzioni i rivelatori e gli osservatori; senza trascurare gli effetti che essi producono coinvolgendo numerose discipline scientifiche tra cui astrofisica, geofisica e paleontologia.

Libro

 

 

cosmic rays simulator in GMT detector

AstroRad 401LE: Versione di valutazione per insegnanti e sperimentatori; il software simula il passaggio delle particelle e la presa dati con un rivelatore di raggi cosmici virtuale, al fine di provarne il funzionamento e utile per scopi didattici (vedere anche la sezione AstroRad).

Air Shower simulator (Università di Chicago)

 

Cosmic Rays at Earth

This book is a reference manual for researchers and students of cosmic ray physics and associated fields and phenomena. It is not intended to be a tutorial. However, the book contains an adequate amount of background materials that its content should be useful to a broad community of scientists and professionals. The present book contains chiefly a data collection in compact form that covers the cosmic radiation in the vicinity of the Earth, in the Earth's atmosphere, at sea level and underground. Included are predominantly experimental but also theoretical data. In addition the book contains related data, definitions and important relations. The aim of this book is to offer the reader in a single volume a readily available comprehensive set of data that will save him the need of frequent time consuming literature searches.

 

 

Pagina generata come piccolo contributo all'eclisse di Sole del 21 agosto 2017.

 

Ci può essere qualche relazione tra il flusso dei raggi cosmici misurati a terra e un'eclisse di Sole?
Sembra una domanda banale, in quanto la Luna è solamente un granello di sabbia che si interpone tra il Sole e la Terra (e lo fa sempre anche senza eclissi) e per i raggi cosmici che provengono dal cosmo in maniera isotropica, la sua influenza è praticamente inesistente.

 

 

Bisogna però ricordare quali parametri modulano le misure degli strumenti che contano le particelle secondarie generate in atmosfera e prodotte dai raggi cosmici primari provenienti dallo spazio, queste variabili sono:

  1. L'attività solare
  2. Il campo magnetico terrestre
  3. I parametri atmosferici come temperatura e pressione che determinano spessore e densità dell'atmosfera

1. Un'eclisse di Sole ha una durata complessiva di qualche ora, ma la fase di totalità -durante la quale il disco solare si oscura completamente - dura solo qualche minuto. Durante questo tempo l'attività solare sarà costante e la Luna potrà agire come schermo verso il Sole o verso il vento solare per una frazione infinitesimale; per cui durante un'eclisse possiamo considerare l'attività solare che influenza la Terra come una costante.

2. La luna è priva di campo magnetico e quindi non può influenzare quello terrestre che rimarrà anch'esso pressoché costante, durante tutto il tempo di svolgimento dell'eclisse.

3. Rimangono i parametri atmosferici, infatti la cosa che si manifesta sensibilmente in particolare durante la totalità dell'eclisse è il notevole calo di radiazione solare, ovvero di temperatura.

Il calo di temperatura può produrre un calo di pressione atmosferica - la relazione non è così robusta e diretta - ma diciamo che ci sono probabilità che la pressione possa diminuire.

A fronte di un calo di pressione la colonna d'aria locale interessata si può ridurre, ne consegue che le prime interazioni tra i raggi cosmici primari con le molecole dell'aria potrebbe avvenire a un'altitudine minore. La conseguenza è che alcune particelle -come i muoni - devono percorrere meno atmosfera e hanno meno probabilità di decadere prima di raggiungere il suolo; perciò gli strumenti a terra ne misureranno un flusso maggiore.

Se la temperatura e la pressione diminuiscono, si può anche immaginare che la densità dell'aria aumenti e questo potrebbe portare a una maggiore probabilità di collisione dei protoni primari con le molecole di aria, con un conseguente aumento anche di neutroni in atmosfera. Si tratta di variazioni molto piccole e difficili da percepire. Per notare qualche variazione sono necessari strumenti altamente sensibili e anche sensibili a bassi livelli di energia delle particelle.

Come esercizio ludico possiamo vedere se nel rivelatore di neutroni di Newark (Colburn Laboratory, 150 Academy St, Newark, DE 19716 - New Jersey, USA) che fa parte della rete di NMDB, compare il comportamento appena descritto. Questo rivelatore è stato l'unico funzionante online che si trovasse vicino alla zona interessata dall'eclisse, ma sfortunatamente non rientrante nella fascia di totalità.

La fase dell'eclisse a Newark (cortesia timeanddate.com)

 

Il tempo è relativo a quello locale, per questa "analisi" dovrà essere trasformato in tempo universale (UTC):

Il tempo locale a Newark si discosta di -4 ore rispetto al UTC (cortesia timeanddate.com)

 

Vediamo il grafico ricavato dal Neutron monitor database, il quale fornisce i dati del conteggio di neutroni in relazione alla pressione atmosferica, il tempo è espresso in UTC:

 

Per semplificare la lettura riportiamo lo stesso grafico con sovrapposti i dati di inizio, fase massima e fine eclisse:

 

Come si può notare all'inizio dell'eclisse la pressione atmosferica diminuisce, come sarebbe prevedibile, ma in realtà era già in diminuzione, e al termine dell'eclisse non ritorna ai valori iniziali come ci si aspetterebbe, il comportamento dei neutroni invece è confermato, infatti al calare della pressione il loro conteggio aumenta sensibilmente.

 

Questa simulazione è ancora più esplicativa per il "probabile" comportamento atteso, tuttavia il problema fondamentale è che la stazione di rivelazione dei neutroni di Newark era fuori dalla fascia di totalità dell'eclisse. Si potrebbero fare esercizi simili recuperando i valori di temperatura atmosferica, chi vuole approfondire può scaricare i dati ascii relativi al grafico: filetxt.

 

Per finire alcune immagini recuperate dalla trasmissione streaming della NASA con alcune delle attività più interessanti.

 

L'anello di diamante (NASA)

 

Numerosissimi i lanci di palloni stratosferici per le misure ambientali durante l'eclisse.

 

Indagini sui disturbi radio durante la prima eclisse ripresa in volo, nel 1925.

 

Immagine ripresa dal dirigibile durante la prima eclisse ripresa in volo, nel 1925.

 

Immagini, video e spettrografia riprese dall'aereo per attività scientifiche (G-III Aircraft)

 

Il G-III Aircraft dal centro Armstrong della NASA ha fornito immagini televisive live in tutta l'America, durante l'eclisse di Sole.

 

Webcast completo

 

M.A.

 

 

 

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