Le tempeste solari possono sorprendere per la loro intensità, come dimostrato dall’evento del 23 aprile 2023. Quel giorno, una tempesta inattesa scatenò aurore boreali visibili fino al sud del Texas, cogliendo di sorpresa gli scienziati.
Due giorni prima, il Sole aveva emesso una espulsione di massa coronale (CME) diretta verso la Terra. Nonostante la CME non apparisse particolarmente potente e fosse preceduta da un brillamento debole, l’impatto dell’evento si rivelò molto più significativo del previsto.
Tempeste solari: nuove scoperte sulla violenta eruzione del 23 aprile 2023
Grazie alle missioni eliofisiche della NASA, nuovi studi su questo e altri eventi stanno permettendo agli scienziati di comprendere meglio le ragioni dietro la variabilità nell’intensità delle CME e di affinare le previsioni sull’impatto delle future eruzioni solari sulla nostra quotidianità.
Un’analisi dettagliata ha rivelato che l’orientamento specifico dell’espulsione di massa coronale (CME) rispetto al nostro pianeta è stato un fattore chiave per la sorprendente intensità della tempesta solare dell’aprile 2023. Per comprendere a fondo questo fenomeno, i ricercatori hanno condotto uno studio approfondito sulla CME, tracciandone l’evoluzione dalla sua origine sul Sole fino al suo arrivo sulla Terra. Questo è stato possibile grazie alla raccolta di osservazioni precise da cinque sonde eliofisiche strategicamente posizionate all’interno del sistema solare.
Durante l’indagine, gli scienziati hanno rilevato un elemento significativo: un grande buco coronale situato in prossimità del punto in cui la CME ha avuto origine. I buchi coronali sono regioni dell’atmosfera esterna del Sole (la corona) caratterizzate da una ridotta densità di plasma e da linee di campo magnetico “aperte”, che permettono al vento solare – un flusso continuo di particelle cariche – di fluire via dal Sole a velocità considerevolmente più elevate rispetto alle aree circostanti.
La combinazione dell’orientamento sfavorevole della CME e la presenza di un buco coronale nella regione di origine potrebbero aver amplificato l’impatto sul campo magnetico terrestre, spiegando l’inaspettata violenza delle tempeste solari.
Il vento solare e il raffreddamento della termosfera
Un recente studio approfondisce le dinamiche inattese della tempesta solare che ha colpito la Terra ad aprile 2023, rivelando come il vento solare e i suoi effetti abbiano influenzato la traiettoria di un’espulsione di massa coronale (CME) e le temperature dell’alta atmosfera terrestre.
Evangelos Paouris del Johns Hopkins Applied Physics Laboratory di Laurel, nel Maryland, autore principale dell’articolo, ha spiegato come il rapido vento solare proveniente da un buco coronale abbia agito come una “corrente d’aria”. Questo flusso ha deviato la CME dal suo percorso originale, avvicinandola al piano orbitale terrestre e causandone una leggera rotazione. Paouris sostiene che questa rotazione ha orientato i campi magnetici della CME in modo opposto rispetto al campo magnetico terrestre, mantenendoli in quella configurazione. Ciò ha permesso a una maggiore quantità di energia solare di riversarsi nell’ambiente terrestre, intensificando notevolmente la tempesta geomagnetica.
Nel frattempo, la missione GOLD (Global-scale Observations of Limb and Disk) della NASA ha rivelato un’altra sorprendente conseguenza della tempesta di aprile 2023. GOLD ha monitorato la temperatura della termosfera media (tra i 135 e i 200 chilometri di altezza) prima, durante e dopo la tempesta. Durante l’evento, le temperature sono aumentate nell’intera area di osservazione di GOLD sulle Americhe. Tuttavia, in modo inaspettato, dopo la tempesta, le temperature sono scese di circa 32-90 gradi Celsius rispetto ai valori pre-tempesta (passando da 470-740 a 370-470 gradi Celsius).
“La nostra misurazione è la prima a mostrare un raffreddamento diffuso nella termosfera media dopo una forte tempesta“, ha dichiarato Xuguang Cai dell’Università del Colorado, Boulder, autore principale di un articolo sulle osservazioni di GOLD.
La temperatura della termosfera è cruciale perché influisce direttamente sulla resistenza aerodinamica sperimentata dai satelliti in orbita e dai detriti spaziali. Cai ha spiegato che “quando la termosfera si raffredda, si contrae e diventa meno densa alle altitudini dei satelliti, riducendo la resistenza aerodinamica“. Questa riduzione della resistenza può avere conseguenze significative: “Ciò può far sì che satelliti e detriti spaziali rimangano in orbita più a lungo del previsto, aumentando il rischio di collisioni”.
Comprendere come le tempeste geomagnetiche e l’attività solare influenzino l’alta atmosfera terrestre è fondamentale per proteggere tecnologie essenziali come GPS, satelliti per comunicazioni e radio. Per migliorare la previsione delle CME “geoefficaci” (quelle che innescano tempeste geomagnetiche), alcuni scienziati stanno combinando le osservazioni con l’apprendimento automatico. Un approccio innovativo, denominato GeoCME.
Prevedere le tempeste solari: l’apprendimento automatico e nuove sentinelle spaziali
L’apprendimento automatico, una branca dell’intelligenza artificiale, permette agli algoritmi informatici di imparare dai dati per identificare schemi e poi usarli per fare previsioni o prendere decisioni. Questo approccio si sta dimostrando estremamente promettente nel campo dell’eliofisica, in particolare per prevedere le tempeste geomagnetiche.
Gli scienziati hanno addestrato un modello chiamato GeoCME fornendogli un’enorme quantità di immagini di espulsioni di massa coronale (CME) – sia quelle che hanno raggiunto la Terra causando tempeste, sia quelle che non lo hanno fatto. Queste immagini sono state acquisite dalla sonda spaziale SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) della NASA/ESA, sia delle CME stesse che del Sole prima, durante e dopo ogni evento.
I risultati sono stati notevoli: quando il modello ha ricevuto immagini da tre diversi strumenti scientifici a bordo di SOHO, le sue previsioni si sono rivelate estremamente accurate. Su 21 CME che hanno causato tempeste geomagnetiche (geoefficaci), GeoCME le ha previste correttamente tutte e 21. Delle 7 CME non geoefficaci, ne ha predette correttamente 5.
Jack Ireland, eliofisico del Goddard Space Flight Center della NASA, ha affermato: “L’algoritmo si mostra promettente. Capire se una CME sarà geoefficace o meno può aiutarci a proteggere le infrastrutture nello spazio e i sistemi tecnologici sulla Terra. Questo articolo dimostra che gli approcci di apprendimento automatico per prevedere le CME geoefficaci sono fattibili”.
Durante una violenta tempesta geomagnetica avvenuta nel maggio 2024 – la più forte a colpire la Terra in oltre 20 anni – il satellite STEREO (Solar Terrestrial Relations Observatory) della NASA ha misurato la struttura del campo magnetico delle CME mentre queste passavano. Quando una CME diretta verso la Terra colpisce una sonda spaziale, quest’ultima può spesso misurare direttamente il suo campo magnetico, fornendo dati cruciali per prevedere l’intensità della tempesta geomagnetica a Terra.
Solitamente, le prime sonde a essere colpite si trovano a circa un milione di miglia dalla Terra, verso il Sole, in un punto chiamato Punto di Lagrange 1 (L1). Questo offre un preavviso di soli 10-60 minuti. Tuttavia, per puro caso, durante la tempesta del maggio 2024, mentre diverse CME eruttavano dal Sole e si fondevano nel loro percorso verso la Terra, la sonda spaziale STEREO-A della NASA si trovava in una posizione unica: circa 4 milioni di miglia più vicina al Sole rispetto a L1, tra noi e la nostra stella.
Uno studio ha rivelato che se STEREO-A avesse agito come sentinella per le CME, avrebbe potuto fornire una previsione accurata dell’intensità della tempesta risultante con ben 2 ore e 34 minuti di anticipo rispetto a quanto avrebbe potuto fare una sonda in L1. Eva Weiler dell’Austrian Space Weather Office di Graz, autrice principale dello studio, ha sottolineato: “Nessun’altra supertempesta diretta verso la Terra è mai stata osservata da una sonda spaziale posizionata più vicino al Sole di L1“. Questa scoperta apre nuove prospettive per migliorare i tempi di allerta per le future tempeste solari.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Space Weather.
