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Pulsazioni Magnetiche


Le pulsazioni geomagnetiche sono onde magnetoidrodinamiche presenti all’interno della magnetosfera terrestre. Le onde magnetoidrodinamiche possono essere di due tipi: onde magnetosoniche e onde di Alfven. Le onde magnetosoniche si propagano in tutte le direzioni, generando compressioni e rarefazioni del campo magnetico e del plasma; le onde di Alfven si propagano lungo la direzione delle linee di forza del campo magnetico e producono perturbazioni trasversali alle linee del campo. Le onde compressive che si propagano nella magnetosfera, se la loro frequenza è uguale alla frequenza propria della linea di forza, possono eccitare una meccanismo di risonanza. In questo caso lungo le linee di forza, che si comportano come corde con le estremità fisse nella ionosfera, si hanno oscillazioni trasversali stazionarie (Figura 1).

Figura 1 Schematizzazione nel piano meridiano di onde compressive all’interno
della magnetosfera e di onde trasversali stazionarie lungo le linee di forza.

Il periodo delle pulsazioni geomagnetiche è compreso tra qualche decimo di secondo e qualche minuto. Come mostrato in tabella, le pulsazioni geomagnetiche, a seconda delle loro proprietà morfologiche, possono essere suddivise in pulsazioni continue (Pc) e pulsazioni irregolari (Pi); all’interno di questi due gruppi esse vengono ulteriormente suddivise a seconda del periodo. Questa classificazione fu introdotta a livello internazionale dalla IAGA (International Association for Geomagnetism and Aeronomy) nel 1964; è però importante sottolineare che i valori dei periodi che delimitano ciascuna categoria di pulsazioni non hanno alcun particolare significato fisico, per cui tale suddivisione può essere considerata per lo più come un utile schema di classificazione.

Classificazione delle pulsazioni geomagnetiche
Pulsazioni continue Pulsazioni irregolari
Notazione Periodo(s) Frequenza(mHz) Notazione Periodo(s) Frequenza(mHz)
Pc1 0.2 - 5 200 - 5000 Pi1  1 - 40 25 - 1000
Pc2 5 - 10 100 - 200 Pi2  40 - 150 7 - 25
Pc3 10 - 45 22 - 100      
Pc4 45 - 150 7 - 22      
Pc5 150 - 600 2 - 7      

A terra l’ampiezza delle pulsazioni varia da qualche decimo di nT fino a qualche centinaio di nT (ossia, al massimo qualche millesimo del campo geomagnetico, la cui l’intensità è di circa 30.000 nT all’equatore e 60.000 nT ai poli) e risulta generalmente crescente all’aumentare del periodo (Figura 2) e della latitudine magnetica. 

Figura 2 Rappresentazione schematica dello spettro di ampiezza delle pulsazioni geomagnetiche in funzione della loro frequenza. Le ampiezze mostrate sono valori tipici osservati a medie latitudini ed in periodi di moderata attività magnetica.

Le pulsazioni geomagnetiche di bassa frequenza sono di origine esterna, cioè dovute all’interazione del vento solare con la magnetosfera. I principali meccanismi di generazione delle pulsazioni Pc3-Pc5 sono legati al flusso del vento solare, che può innescare delle oscillazioni superficiali sui fianchi della magnetopausa (instabilità di Kelvin-Helmholtz), all’impatto sulla magnetopausa di impulsi di pressione del vento solare, che può generare oscillazioni stazionarie della magnetosfera, oppure alla penetrazione nella magnetosfera di fluttuazioni generate nella regione a monte del fronte d’urto (onde upstream). Infine, l’occorrenza di sottotempeste magnetiche può generare, nell’emisfero notturno, pulsazioni irregolari (Pi2), interpretate ad alta latitudine come onde stazionarie di Alfven, ed a  bassa latitudine come modi di oscillazione della cavità plasmasferica.

Le pulsazioni geomagnetiche possono costituire un utile strumento di diagnosi della magnetosfera e della sua interazione con il vento solare.
Ad esempio, le pulsazioni Pi2 osservate a bassa latitudine possono essere considerate un indicatore dell’occorrenza di sottotempeste magnetosferiche, mentre lo studio delle pulsazioni Pc3 può dare indicazioni sulla densità di plasma lungo le linee di forza e sulle variazioni temporali della plasmapausa.


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