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Come migliorare le previsioni delle tempeste solari

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Il Sole non si limita a produrre la maggior parte dell’energia che sostiene la vita sulla Terra, ma sferza lo spazio circostante con potenti tempeste solari.

Le espulsioni di massa coronale prodotte dai brillamenti emanati dalle regioni ricche di macchie solari attive, possono causare tempeste solari. I brillamenti solari e le espulsioni di massa coronale rilasciano imponenti quantità di radiazioni e particelle cariche nello spazio.

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Le tempeste solari possono danneggiare gravemente le infrastrutture di comunicazione e di alimentazione, con conseguenti interruzioni di corrente elettrica. Satelliti, stazioni spaziali e astronauti, aviazione, GPS, reti elettriche e molto altro possono subire devastanti conseguenze.

Man mano che la nostra civiltà diventa tecnologicamente più avanzata, diventiamo sempre più vulnerabili agli effetti delle tempeste solari. Ora, poiché l’attività del Sole è in aumento, dobbiamo migliorare la previsione del “meteo spaziale”.

Molti ricordano ancora il black-out avvenuto in Quebec il 13 marzo 1989 che si protrasse per nove ore e interessò oltre sei milioni di abitanti. Il black-out causò centinaia di milioni di dollari di danni. Questo tipo di blackout sono causati dalle tempeste solari.

Nel 1859 un evento conosciuto oggi come “evento Carrington” (dal nome dell’astronomo dilettante che lo registrò), fu una catastrofica tempesta solare che avvenne nel settembre 1859.

La tecnologia esistente all’epoca era limitata ai telegrafi elettrici e la maggior parte di questi vennero interrotti in Europa e nel Nord America, in alcuni casi colpendo con scariche elettriche gli stessi propri operatori.

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Oggi, siamo enormemente più dipendenti dalla tecnologia, che è sempre più vulnerabile agli effetti prodotti da queste emissioni naturali.

Prevedere le tempeste solari

Lo spazio non è un ambiente ospitale, sconfinato, gelido e sferzato da radiazioni e particelle cariche.

Le radiazioni provengono principalmente dalla nostra galassia e dalle altre galassie e sono costituite da particelle ad alta energia. Inoltre, lo spazio e sferzato dalle particelle e dalle radiazioni emesse dal nostro Sole.

Gli atomi vengono accelerati nello spazio interstellare a velocità prossime a quelle della luce. In questo processo, gli elettroni vengono strappati lasciando il nucleo carico positivamente.

Gli astronomi studiano le macchie solari da oltre 400 anni, rendendolo l’esperimento più lungo al mondo. Il Sole presenta un ciclo di macchie solari lungo 11 anni e attualmente ci troviamo nel mezzo di quel ciclo. 

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Ora si avvicina al “massimo solare”, dove viene registrata la massima attività del Sole. Il prossimo massimo solare dovrebbe iniziare attorno al 2025.

Molti di noi hanno familiarità con l’aurora boreale, un effetto prodotto della radiazione solare. Il campo magnetico terrestre, che ci protegge dalla maggior parte delle radiazioni, trascina le particelle cariche verso i poli dove riescono a penetrare nella nostra atmosfera provocano un bellissimo e suggestivo fenomeno luminoso.

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Ma le radiazioni possono avere un impatto negativo sulla tecnologia e sugli esseri umani. Durante forti tempeste solari, i protoni possono danneggiare i circuiti elettronici dei satelliti artificiali e danneggiare lo stesso DNA degli astronauti. 

I passeggeri e gli equipaggio che sorvolano i poli, in questo caso, vengono esposti a un aumento delle dosi delle radiazioni. Le tempeste solari possono provocare errori che rendono estremamente complicata la stessa navigazione. 

I protoni possono ionizzare gli atomi e le molecole dell’atmosfera, creando uno strato di elettroni liberi in grado di assorbire le onde radio ad alta frequenza, causando fastidiosi blackout delle comunicazioni ad alta frequenza.

La nostra dipendenza dalla tecnologia, ci impone di migliorare la previsione meteo nello spazio. Tuttavia, prevedere con precisione la meteorologia spaziale è stato per molto tempo un problema che ha tenuto impegnati gli esperti.

Previsione del tempo spaziale

Capire l’evoluzione delle macchie solari ci aiuterà a prevedere le eruzioni solari. Rami Cahwaj Professore di Visual Computing, all’Università di Bradford e i suoi colleghi hanno sviluppato un sistema informatico che utilizza la tecnologie di elaborazione delle immagini e l’IA per monitorare e analizzare i dati dei satelliti che studiano il Sole.

Il sistema permette, in tempo reale, di calcolare le probabilità delle eruzioni solari nelle 24 ore successive.

Cahwaj e il suo team ha sperimentato nuove tecniche per l’elaborazione, il rilevamento e l’estrazione di caratteristiche solari, come regioni attive e macchie solari, rilevate dal satellite dell’osservatorio di dinamica solare della NASA

Il team ha introdotto il primo sistema automatizzato e in tempo reale per classificare le macchie solari. In passato, la classificazione delle macchie solari era un processo di catalogazione manuale eseguito con attenzione da esperti.

Gli astronauti, durante una missione spaziale, non essendo protetti dal campo magnetico terrestre hanno molte più probabilità di essere colpiti dalle radiazioni. 

Gli effetti sugli esseri umani sono altamente dannosi e possono causare malattie da radiazioni, aumento del rischio di cancro, malattie degenerative ed effetti deleteri sul sistema nervoso centrale.

Nonostante questo problema, le attività umane e robotiche nello spazio stanno aumentando. La NASA sta inoltre lavorando per portare gli astronauti sulla Lune entro la fine del 2024 e su Marte entro il 2030. 

Il nostro sistema di previsione delle tempeste solari e del meteo spaziale più in generale è disponibile al pubblico ed è ora utilizzato per le missioni robotiche della NASA e per gestire gli effetti dell’osservatorio a raggi X Chandra della NASA.

Mentre l’umanità continua la sua espansione nel sistema solare, dovremo ampliare le attuali capacità di previsione del tempo spaziale per costruire un quadro più ampio dell’attività solare per capire come limitarne gli effetti.

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