Prevedere le tempeste solari

Le espulsioni di massa coronale (Coronal Mass Ejection, CME) sono eruzioni di plasma solare che possono potenzialmente compromettere le comunicazioni satellitari e le tecnologie terrestri perturbando trasmissioni radio, provocando esplosioni ai trasformatori e blackout.

Queste emissioni di materia possono causare problemi alla tecnologia GPS, utilizzata quotidianamente da molti tipi di veicoli, dalle automobili alle petroliere fino ai trattori. Possono ad esempio danneggiare la capacità dei sistemi a bordo di un aereo impedendogli di calcolare con precisione la distanza da terra per l’atterraggio, arrivando ad impedire agli aerei di atterrare fino a tempi di un’ora.

Tuttavia, non tutte le emissioni di materia solare provocano così tanti disagi. L’intensità del materiale che arriva sulla Terra dipende dall’orientamento dei campi magnetici nel punto in cui parte il flusso di plasma. Attualmente i satelliti sono in grado di valutare con precisione l’orientamento del campo magnetico di un’espulsione di materia solo quando questa si trova vicina alla Terra, arrivando a un massimo di 30-60 minuti di preavviso. Questo lasso di tempo non è sufficiente per limitare gli impatti sulle reti di distribuzione di energie e sui sistemi che utilizzano i segnali GPS.

Ora abbiamo un nuovo strumento di misurazione e modellizzazione che potrebbe prevedere le espulsioni di materiale solare potenzialmente dannosi per la Terra con oltre 24 ore di anticipo. I dettagli della tecnica, sviluppata da un team guidato dal dottor Neel Savani, ex-alunno e Visiting Researcher presso l’Imperial College di Londra nonché scienziato presso il Goddard Space Flight Center della NASA, sono stati pubblicati oggi in un articolo su Space Weather.

«Più ci leghiamo alla tecnologia, più l’interruzione di segnale dovuta ad eventi meteorologici spaziali di grandi dimensioni influisce sulla nostra vita quotidiana”, ha detto il dottor Savani. «Superare la barriera delle 24 ore di preavviso è fondamentale per affrontare in modo efficace i problemi prima che questi si verifichino”.

L’orientamento del campo magnetico all’interno dei flussi di plasma dipende da due fattori: la sua forma iniziale nel momento in cui il materiale viene emesso dal Sole, e la sua evoluzione mentre viaggia verso la Terra. Le CME provengono in genere da due punti sulla superficie del Sole, e formano una nube di plasma a forma di brioche tra questi due punti.

Questa nube contiene a sua volta linee di campo magnetico intrecciate tra loro, che cambiano forma mentre si muovono nello spazio. Se una di queste linee di campo incontra il campo magnetico terrestre con un orientamento favorevole, i due campi si collegheranno aprendo un canale che permetterà al plasma di entrare e causare una tempesta geomagnetica.

Fino ad ora le previsioni sfruttavano dati riguardanti la CME in partenza dal Sole, ma non erano efficaci nel modellizzare ciò che succedeva alla forma della nube durante il suo viaggio verso la Terra. Con la nuova tecnica si osserva più da vicino le regioni di produzione dell’espulsione di massa e ci si avvale di una serie di osservatori per monitorare e modellare l’evoluzione della nube.

Il Dr Savani e i suoi colleghi hanno testato il modello in otto CME, con risultati molto promettenti nell’ottica di migliorare il sistema attuale di previsione delle tempeste geomagnetiche. Se gli ulteriori test programmati dalla NASA confermeranno questi primi risultati, il sistema potrebbe essere utilizzato prossimamente dalla NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) negli Stati Uniti e il Met Office nel Regno Unito.

«Una eiezione di massa dalla corona diretta verso la Terra interagisce al suo arrivo con il campo magnetico terrestre, che si oppone al moto delle particelle di plasma della nube solare e ne assorbe una parte di energia, subendo una perturbazione (tempesta geomagnetica) » ha dichiarato Mauro Masserotti dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste . «Se, però, l’orientazione del campo magnetico trasportato dalla nube di plasma è opposta a quella del campo magnetico terrestre, l’effetto è molto più intenso, perché nella zona del contatto il primo si riconnette con il secondo ed in quel punto le particelle elettricamente cariche della CME possono penetrare lo scudo magnetico, venire immagazzinate nella coda della magnetosfera e poi incanalate verso i poli magnetici del nostro pianeta. Questo determina una perturbazione magnetica molto intensa con aurore polari e generazione di intense correnti elettriche in ionosfera, che inducono correnti elettriche (correnti geomagneticamente indotte, GIC) nei lunghi conduttori a Terra (elettrodotti ed oleodotti) e possono dar origine ad interruzioni anche prolungate nell’erogazione della corrente elettrica nelle regioni interessate dal fenomeno, a causa del danneggiamento dei trasformatori di alta tensione».

«La penetrazione di particelle solari nelle regioni polari», prosegue Masserotti «determina inoltre un’interruzione nelle comunicazioni radio ad onde corte, perturbazioni al funzionamento dei GPS ed aumento del livello di radiazioni ionizzanti, che interessano tutti i voli aerei in rotte polari riducendone il livello di sicurezza sia dal punto di vista della navigazione che della fisiologia di equipaggi e passeggeri. Ecco perché la previsione della polarità magnetica di una CME con sufficiente anticipo garantisce la possibilità di mettere in atto una serie di azioni di mitigazione degli effetti, come, ad esempio, una diversa pianificazione dei voli in rotte polari. La metodica proposta, basata sull’analisi sia della zona di formazione della CME sul Sole che della sua evoluzione nel corso della propagazione, è molto promettente, ma richiede una puntuale verifica su un numero sufficiente di casi osservati».

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Fonte: Media INAF | Scritto da Elisa Nichelli