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28.04.2021

Meteorologia spaziale

 

Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab/Adriana Manrique Gutierrez

 

 

Il tempo – ossia le condizioni meteorologiche – è un argomento di conversazione molto comune, e ovviamente quando si parla del tempo ci si riferisce a ciò che succede nella troposfera, il primo strato dell’atmosfera terrestre. Eppure, esiste un “tempo” anche nello spazio, lo space weather. Lo spazio intorno a noi, infatti, non è completamente vuoto: il nostro Sole emette ogni secondo un milione e mezzo di tonnellate di particelle cariche di alta energia, che formano il vento solare.

La forza del campo magnetico terrestre agisce come uno scudo sulle particelle cariche del vento solare, deviandone la maggior parte dalla superficie terrestre; in sua assenza, la Terra sarebbe continuamente bombardata di radiazioni pericolose e la vita sarebbe, se non impossibile, molto più difficile. L’azione del vento solare determina la forma del campo magnetico terrestre, che è schiacciato dal lato del Sole e forma una lunga scia dal lato opposto.

 

Forma della magnetosfera terrestre. Crediti: NASA /Goddard/Aaron Kaase

 

Ogni tanto, particelle del vento solare penetrano la schermatura del campo magnetico nelle zone polari, dove questo scudo presenta delle discontinuità: le collisioni tra le particelle accelerate dal campo magnetico e gli strati superiori dell’atmosfera producono lo spettacolare bagliore verdastro delle aurore polari. Non è una nostra esclusiva: aurore polari sono state osservate anche su Giove e Saturno.

 

Guarda il video di un timelapse dell’aurora polare

 

 

 

Gli eventi solari

 

Ma l’attività solare non porta solo bellezza: può anche essere pericolosa. Alcuni eventi rendono il vento solare più intenso e possono causare intense tempeste magnetiche globali sulla Terra.

Una tempesta geomagnetica globale è solitamente scatenata dalle eruzioni solari, esplosioni causate dal riassestamento delle complesse linee di campo magnetico che attraversano il sole. In pochi minuti, un’eruzione solare libera nello spazio quantità di energie vari ordini di grandezza superiori a quelle mai prodotte dall’uomo nel corso della storia, e il suo effetto può essere misurabile a milioni di chilometri di distanza dal Sole.

 

Tra le eruzioni solari si citano spesso i brillamenti o flare, “zampilli” improvvisi, intensi e relativamente brevi di radiazione elettromagnetica, e le spettacolari, e le espulsioni di massa coronale, con cui da enormi protrusioni di campo magnetico e plasma dalla superficie solare, si liberano miliardi di tonnellate di gas ionizzato a velocità che possono raggiungere le migliaia di chilometri al secondo.

 

Immagine di un’espulsione di massa coronale ottenuta dall’osservatorio solare SOHO. Questo tipo di imagine è detta coronarografia: un disco è posto sopra il Sole per osservare meglio la corona senza il disturbo della lue solare. Crediti: ESA&NASA/SOHO

 

 

Tempeste geomagnetiche

 

Questi e altri eventi energetici causano dunque tempeste geomagnetiche sulla Terra, nelle quali il vento solare induce modifiche nella magnetosfera e nella ionosfera terrestri, con potenziali conseguenze indesiderabili su reti e sistemi elettronici dai quali siamo sempre più dipendenti: radar, telecomunicazioni satellitari, trasmissioni, servizi meteorologici (terrestri), navigazione terrestre e aerea, ma anche distribuzione dell’energia elettrica e comunicazioni radio. I satelliti GPS (Global Positioning System), per esempio, sono molto sensibili alle tempeste geomagnetiche, che pregiudicano la capacità delle antenne riceventi di calcolare posizioni accurate: possiamo pensare a cosa significhi in un contesto nel quale abbiamo imparato a fare affidamento sui sistemi di posizionamento installati in tutti gli smartphone.

 

Nello spazio, un flusso più intenso di plasma può portare all’accumulo di elettricità statica nei circuiti delle astronavi, compromettendo l’integrità della superficie esterna e causando anomalie nell’operatività degli apparecchi elettronici di bordo. Gli astronauti sono soggetti a un’aumentata dose di radiazioni, con rischi per la loro salute e, nel caso di future missioni interplanetarie, la loro stessa sopravvivenza.

 

Guardando agli eventi passati, nel marzo 1989 milioni di persone sono rimaste senza corrente quando una tempesta geomagnetica ha causato un collasso della rete elettrica in Québec, mentre nel New Jersey la stessa tempesta ha causato la fusione di alcuni trasformatori elettrici. Un altro evento, tra l’ottobre e il novembre 2003, costrinse a riorganizzare il traffico aereo e provocò l’arresto dell’operatività di numerosi satelliti; gli astronauti della Stazione Spaziale Internazionale furono costretti a ripararsi nel segmento russo (il più schermato). In quell’occasione, le aurore furono visibili fin dai tropici!

 

Danni a un trasformatore causati da una tempesta geomagnetica. Crediti: NOAA

 

 

Si possono prevedere le tempeste geomagnetiche?

 

Prevedere l’arrivo di una tempesta geomagnetica non è semplice, data la natura casuale delle eruzioni solari e il breve tempo (anche meno di un giorno) dopo cui i loro effetti si manifestano sulla terra. Si può comunque cercare di mitigare il danno sia con una rete di sorveglianza satellitare, sia raccogliendo più dati possibili in modo da avere un’idea di quali siano gli eventi precursori delle eruzioni solari e quindi ridurre il più possibile il rischio che una tempesta geomagnetica ci colga impreparati.

 

Tra gli enti che studiano la meteorologia spaziale, troviamo il settore di eliofisica della NASA e lo Space Weather Prediction Center della National Oceanic and Atmospheric Administration, la fonte ufficiale per le “previsioni del tempo spaziale” del governo statunitense. L’osservatorio solare SOHO, progetto congiunto delle agenzie spaziali NASA ed ESA, è specializzato nell’osservazione di espulsioni di massa coronale, e altri telescopi spaziali come il Solar Dynamics Observatory monitorano il Sole in cerca di cambiamenti “sospetti” nell’aspetto della sua atmosfera, nel flusso di radiazioni dal Sole, nel numero di macchie solari e nel campo magnetico terrestre.

 

 

Adesso tocca a te

 

  • Che cosa sono le fasce di Van Allen? Fai una ricerca sulla loro natura e origine. Spiega per quale motivo bisogna tenerne conto (e come lo si fa) nelle missioni spaziali.
  • In questo periodo l’attività solare è alta o bassa? Da cosa lo si deduce e che cosa comporta per lo space weather e il rischio di tempeste geomagnetiche?
  • Giove e Saturno hanno aurore, Marte e Venere no. Come mai?
  • Spiega nel dettaglio in base a quali leggi fisiche il campo magnetico ci protegge dal vento solare. Per un pianeta come Marte, cosa significa l’assenza di un campo magnetico apprezzabile?