Le università degli Stati Uniti hanno a lungo litigato su chi possiede il tamburo più grande del mondo. Rivendicazioni infondate per il titolo hanno incluso il “Purdue Big Bass Drum” e “Big Bertha”, che curiosamente ha preso il nome dal cannone tedesco della prima guerra mondiale e ha finito per diventare radioattivo durante il Progetto Manhattan.

Purtroppo per gli americani, però, il Guinness Book of World Records dice che un tamburo tradizionale coreano “CheonGo” detiene il vero titolo. Questo ha un diametro di oltre 5,5 metri, è alto circa sei metri e pesa oltre sette tonnellate. Ma i miei ultimi risultati scientifici, appena pubblicati su Nature Communications, hanno spazzato via tutti i contendenti. Questo perché il tamburo più grande del mondo è in realtà diverse decine di volte più grande del nostro pianeta – ed esiste nello spazio.

Potreste pensare che sia una sciocchezza. Ma il campo magnetico (magnetosfera) che circonda la Terra, che ci protegge deviando il vento solare intorno al pianeta, è un gigantesco e complicato strumento musicale. Sappiamo da circa 50 anni che deboli onde sonore di tipo magnetico possono rimbalzare e risuonare in questo ambiente, formando note ben definite esattamente come fanno gli strumenti a fiato e a corda. Ma queste note si formano a frequenze decine di migliaia di volte più basse di quelle che possiamo sentire con le nostre orecchie. E questo strumento simile a un tamburo all’interno della nostra magnetosfera ci è sfuggito a lungo – fino ad ora.

Membrana magnetica massiccia

La caratteristica chiave di un tamburo è la sua superficie – tecnicamente indicata come una membrana (i tamburi sono anche conosciuti come membranofoni). Quando si colpisce questa superficie, le increspature possono diffondersi su di essa ed essere riflesse sui bordi fissi. Le onde originali e quelle riflesse possono interferire rinforzandosi o annullandosi a vicenda. Questo porta a “modelli di onde stazionarie”, in cui punti specifici sembrano essere fermi mentre altri vibrano avanti e indietro. I modelli specifici e le loro frequenze associate sono determinati interamente dalla forma della superficie del tamburo. Infatti, la domanda “Si può sentire la forma di un tamburo?” ha incuriosito i matematici dagli anni ’60 ad oggi.

Il confine esterno della magnetosfera terrestre, noto come magnetopausa, si comporta molto simile ad una membrana elastica. Cresce o si restringe a seconda della forza variabile del vento solare, e questi cambiamenti spesso innescano increspature o onde superficiali che si diffondono attraverso il confine. Mentre gli scienziati si sono spesso concentrati su come queste onde viaggiano lungo i lati della magnetosfera, dovrebbero viaggiare anche verso i poli magnetici.

I fisici spesso prendono problemi complicati e li semplificano notevolmente per ottenere una comprensione. Questo approccio ha aiutato i teorici 45 anni fa a dimostrare per la prima volta che queste onde di superficie potrebbero effettivamente essere riflesse indietro, facendo vibrare la magnetosfera proprio come un tamburo. Ma non era chiaro se la rimozione di alcune semplificazioni nella teoria potesse impedire che il tamburo fosse possibile.

Si è anche rivelato molto difficile trovare prove osservative convincenti per questa teoria dai dati satellitari. Nella fisica spaziale, a differenza dell’astronomia, di solito abbiamo a che fare con il completamente invisibile. Non possiamo semplicemente scattare una foto di quello che succede ovunque, dobbiamo mandare dei satelliti e misurarlo. Ma questo significa che sappiamo solo cosa sta succedendo nei luoghi dove ci sono i satelliti. L’enigma è spesso se i satelliti sono nel posto giusto al momento giusto per trovare ciò che si sta cercando.

Negli ultimi anni, i miei colleghi ed io abbiamo sviluppato ulteriormente la teoria di questo tamburo magnetico per darci delle firme testabili da cercare nei nostri dati. Siamo stati in grado di trovare alcuni criteri rigorosi che pensavamo potessero fornire prove per queste oscillazioni. Fondamentalmente significava che avevamo bisogno di almeno quattro satelliti tutti in fila vicino alla magnetopausa.

Fortunatamente, la missione THEMIS della NASA ci ha dato non quattro ma cinque satelliti con cui giocare. Tutto quello che dovevamo fare era trovare il giusto evento trainante, equivalente alla bacchetta che colpisce il tamburo, e misurare come la superficie si muoveva in risposta e quali suoni creava. L’evento in questione era un getto di particelle ad alta velocità che sbatteva impulsivamente nella magnetopausa. Una volta ottenuto questo, tutto è andato a posto quasi perfettamente. Abbiamo persino ricreato il suono del tamburo (vedi il video qui sopra).

Questa ricerca dimostra davvero quanto possa essere complicata la scienza nella realtà. Qualcosa che sembra relativamente semplice, ci sono voluti 45 anni per dimostrarlo. E questo viaggio è lungi dall’essere finito, c’è ancora molto lavoro da fare per scoprire quanto spesso queste vibrazioni simili a tamburi si verificano (sia qui sulla Terra che potenzialmente anche su altri pianeti) e quali sono le loro conseguenze sul nostro ambiente spaziale.

Questo ci aiuterà in definitiva a svelare che tipo di ritmo produce la magnetosfera nel tempo. Come ex DJ, non vedo l’ora – amo un buon ritmo.