Brillamento solare, siamo preparati ad affrontare un evento a livello Carrington?

Originati da una varietà di processi, possono verificarsi eruzioni solari, espulsioni di massa coronale e altri eventi di riconnessione magnetica che inviano un flusso di particelle energetiche in una particolare direzione generando un brillamento solare

1919

Un grande brillamento solare è l’evento più probabile in grado di distruggere la nostra civiltà.

Nel 1859, lo studio della fisica solare iniziò con la più grande eruzione nella storia registrata: l’evento Carrington. Prima di allora, molte persone avevano osservato il Sole: contando e monitorando le macchie solari, osservando la velocità di rotazione differenziale del Sole e creando un potenziale collegamento tra l’attività delle macchie solari, il campo magnetico terrestre e le osservazioni dell’aurora terrestre. 

Quando, però, gli astronomi Richard Carrington e Richard Hodgson notarono un enorme “bagliore di luce bianca” sul Sole il 1 settembre 1859, ci si rese conto che il Sole e la Terra erano collegati come mai pensato prima. Solo 17 ore dopo, la Terra sperimentò la più grande tempesta geomagnetica mai registrata e le notizie mondiali sui suoi effetti sono ora leggendarie. 

Sapendo che questi eventi accadono regolarmente, siamo preparati per l’inevitabile? 

Cos’è un brillamento solare

Normalmente, il Sole è un’entità abbastanza silenziosa, che emette la stessa quantità continua di potenza con una precisione del 99,9%. Ruota attorno al proprio asse, con un periodo di 25 giorni all’equatore e 33 giorni ai poli, ed emette anche un flusso costante di particelle: il vento solare. Il suo nucleo centrale raggiunge una temperatura massima di ~ 15 milioni di K, ma il lembo della sua fotosfera è relativamente freddo a ~ 6.000 K, ed è ciò che irradia l’energia che riceviamo.

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Inoltre, c’è un plasma tenue e molto caldo separato dalla fotosfera: la corona del Sole, che è di centinaia di migliaia di kelvin, e il campo magnetico caotico e irregolare del Sole spesso collega collega plasma e corona. 

Occasionalmente, tuttavia, il Sole sviluppa macchie solari, che sono regioni relativamente fresche sulla sua fotosfera. Esistono connessioni magnetiche tra il Sole, la corona e persino gli altri corpi del Sistema Solare, come la Terra. 

Originati da una varietà di processi, possono verificarsi eruzioni solari, espulsioni di massa coronale e altri eventi di riconnessione magnetica, che inviano un flusso di particelle energetiche in una particolare direzione.

Solar flare come ripreso dal Solar Dynamics Observatory della NASA.
Un brillamento solare del nostro Sole, che espelle la materia dalla nostra stella madre e nel Sole … OSSERVATORIO DELLA DINAMICA SOLARE DELLA NASA / GSFC

In circostanze normali, questi flussi di particelle sono:

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  • relativamente lenti e con poca energia, impiegando circa 3 giorni per coprire la distanza tra la Terra ed il Sole,
  • tendono a mancare la Terra, poiché sono abbastanza localizzati nello spazio e le probabilità di colpire la posizione precisa della Terra sono basse,
  • e anche se colpiscono la Terra, il campo magnetico del nostro pianeta tende a farli scivolare via in modo innocuo, tranne che intorno ai poli, dove possono creare le bellissime e spettacolari aurore.

È importante sottolineare che le particelle stesse non rappresentano un pericolo per gli organismi biologici sulla superficie terrestre, come noi. Ma questo non significa che siamo immuni agli effetti negativi che potrebbero derivarne.

Quando, e se, tutto si allinea esattamente nel modo sbagliato, il risultato potrebbe essere disastroso. 

Se un brillamento solare provoca un’espulsione di massa coronale, e se quell’espulsione di massa coronale è ad alta energia, e se le particelle emesse si dirigono direttamente verso la Terra, e – ancora una cosa – se il campo magnetico del materiale espulso e il campo magnetico della Terra sono anti-allineati, quando tutti questi “se” si verificano contemporaneamente il nostro pianeta, o meglio, la nostra tecnologia, può subire danni enormi: alle infrastrutture, all’elettronica e molto altro ancora. Questo è quasi certamente quello che è successo 162 anni fa, quando si è verificato l’ormai famigerato evento di Carrington.

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Verso mezzogiorno del 1 settembre 1859, Richard Carrington stava seguendo una grande macchia solare irregolare sulla faccia del Sole, quando all’improvviso si verificò un forte bagliore su di essa. Il primo brillamento solare ma descritto.

Carrington descrisse il bagliore come intensamente luminoso e come migrante da sinistra a destra della macchia solare nell’arco di circa 5 minuti. Poi, all’improvviso come era apparso il bagliore, scomparve del tutto.

Circa 18 ore dopo – circa 3-4 volte la velocità di una tipica eruzione solare – si verificò la più grande tempesta geomagnetica mai registrata. Furono viste aurore in tutto il mondo. Nei luoghi dove era notte, le aurore erano abbastanza luminose da rendere possibile leggere i giornali con la sua luce. 

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La “cortina verde” delle aurore era visibile a molte latitudini equatoriali: furono segnalate aurore a Cuba, Hawaii, Messico e Colombia. E, cosa più sconcertante, i nostri primi sistemi elettrici, come il telegrafo, sperimentavano le proprie correnti indotte, provocando shock, innescando incendi e picchiettando selvaggiamente, anche quando i sistemi stessi erano completamente scollegati.

Gli effetti di un brillamento solare
L’aurora boreale (aurora boreale) dal Circolo Polare Artico il 14 marzo 2016. … [+] OLIVIER MORIN / AFP / GETTY IMAGES

La fisica alla base di questo è semplice e, se ci pensiamo, terrificante.

Cosa accadrebbe se un grande brillamento solare colpisse la Terra

Le particelle cariche che vengono emesse dal Sole e colpiscono l’atmosfera terrestre non sono di per sé dannose, poiché l’atmosfera ha un eccezionale potere di arresto. Ma queste particelle, quando si muovono in gran numero e ad alta velocità, creano i propri campi magnetici, come qualsiasi corrente elettrica. 

Se questi campi magnetici sono abbastanza forti, possono modificare sostanzialmente il campo magnetico locale sulla superficie terrestre. E se cambi la forza e / o la direzione di un campo magnetico che passa attraverso un anello o una bobina di filo, quel campo magnetico variabile indurrà una corrente elettrica.

Ripetiamo: se hai un anello o una bobina di filo in cui il campo magnetico cambia all’interno, si genererà una corrente elettrica indotta. L’umanità conosceva questa legge ben prima dell’evento di Carrington, grazie a Faraday che lo aveva scoperto nel 1831

Il mondo è cambiato moltissimo dai tempi di Carrington, poiché le reti elettriche, le centrali elettriche e le sottostazioni, le infrastrutture di trasporto dell’energia e persino l’elettronica residenziale, commerciale e industriale sono tutte piene di anelli e bobine di cavi. Le correnti indotte, se dovessimo sperimentare un evento simile a quello di Carrington oggi, sarebbero letteralmente astronomiche.

Le particelle cariche del Sole vengono piegate dal campo magnetico terrestre.
Quando le particelle cariche vengono inviate verso la Terra dal Sole, vengono piegate dal campo magnetico terrestre. … NASA

Le stime di quanti danni si verificherebbero, se non facessimo nulla per mitigarli, sono calcolate a 11 cifre in tutto il mondo. 

Le reti elettriche della maggior parte dei paesi sarebbero completamente neutralizzate. Il modo migliore per mitigare gli effetti di un brillamento solare di quella potenzasarebbe attraverso una maggiore messa a terra, in modo che le grandi correnti che altrimenti fluirebbero attraverso i fili della griglia possano scaricarsi direttamente nella Terra. Ogni volta che le compagnie elettriche tentano di farlo, tuttavia, ciò che accade invece è che la sostanza conduttiva utilizzata per la messa a terra (come il rame) viene rubata per il suo valore materiale.

Di conseguenza, abbiamo centrali elettriche e sottostazioni interrate che subirebbero enormi correnti indotte e che in genere porteranno a incendi, seguiti da danni significativi e distruzione della nostra infrastruttura. Non solo stiamo parlando di un disastro multimiliardario (il danno ai soli Stati Uniti è stato stimato fino a $ 2,6 trilioni ), stiamo parlando di larghe fasce della popolazione mondiale che rimarrebbero senza energia per lunghi periodi di tempo: potenzialmente per anni. 

Le reti elettriche dovrebbero essere completamente ricostruite.

Se si considera quello che è successo in Texas di recente, con una tempesta invernale ha provocato il collasso delle rete energetica, c’è il rischio di un numero estremamente elevato di vittime; per molte persone l’elettricità è necessaria per sostenere le loro vite.

L’evento di Carrington non è stato un evento anomalo di quelli che si verificano solo una volta ogni qualche milioni di anni. 

Molte eruzioni solari hanno colpito la Terra, alcune delle quali hanno causato danni localizzati alla rete elettrica. Una serie di tempeste solari nel 1972 causò un’interruzione diffusa delle reti elettriche e di telecomunicazioni, interruzioni dei satelliti e persino la detonazione accidentale di mine navali in Vietnam. Un brillamento solare nel 1989 provocò un’interruzione completa del sistema di trasmissione dell’elettricità del Quebec. E una tempesta solare nel 2005 mise fuori servizio la rete GPS. 

Questi eventi possono essere stati dannosi, ma erano solo colpi di avvertimento rispetto a ciò che la natura ha inevitabilmente in serbo per noi.

Nel 2012, il Sole finalmente – per la prima volta da quando abbiamo sviluppato gli strumenti in grado di monitorarlo a sufficienza – ha emesso un’eruzione solare che era probabilmente energica quanto quella che ha causato l’evento Carrington del 1859. È successo il 23 luglio, ed è questo che ci ha salvato. Il brillamento solare è avvenuto sullo stesso piano dell’orbita terrestre, ma ci ha mancato per l’equivalente di nove giorni. 

Similmente all’evento Carrington, le particelle hanno coperto la distanza della Terra dal Sole in sole 17 ore. Se la Terra fosse stata sulla traiettoria, il danno globale fatto avrebbe potuto raggiungere i 10 trilioni di dollari, per non parlare dell’incommensurabile perdita di vite che ne sarebbe derivata.

Eppure la maggior parte di noi non pensa alle tempeste solari nello stesso modo in cui pensiamo agli uragani, ai tornado, ai terremoti, agli tsunami o alle eruzioni vulcaniche. Nel mondo moderno e dipendente dall’elettronica di oggi, tuttavia, dovremmo assolutamente pensare a questo in termini di preparazione alle catastrofi. Con il nuovo avvento – solo lo scorso anno – del telescopio solare Daniel K. Inouye, potremo essere avvisati del momento in cui potrebbe verificarsi una tempesta geomagnetica di proporzioni disastrose.

Questo telescopio solare si comporta come un magnetometro per la misurazione del Sole, in grado di misurare il campo magnetico sul Sole e nella corona solare, permettendoci di sapere se un’espulsione di massa coronale diretta dalla Terra ha esattamente il campo magnetico sbagliato per il nostro pianeta. Se venisse rilevato un brillamento solare di quel tipo, avremmo la possibilità di adottare mitigazioni su larga scala, che comprendono:

  • fare in modo che le società elettriche interrompano l’erogazione di corrente, il che richiede una graduale riduzione in un arco di tempo di circa ~ 24 ore per farlo in modo responsabile,
  • scollegare (se possibile) le stazioni di terra e le sottostazioni, in modo che le grandi correnti indotte non fluiscano nelle case, nelle attività commerciali e negli edifici industriali, provocando incendi,
  • fornire raccomandazioni alla popolazione su come affrontare l’evento in sicurezza: scollegare tutti gli elettrodomestici e l’elettronica, scollegare determinati cavi e sistemi, ecc.

Il brillamento solare più veloce che abbia mai viaggiato dal Sole alla Terra ha compiuto il viaggio in sole 14,6 ore, il che significa che idealmente vorremmo che il nostro tempo di risposta fosse più veloce. Il pericolo maggiore, tuttavia, sta nell’essere completamente impreparati, il che è abbastanza vicino allo stato di cose attuale. 

Abbiamo gli inizi – non solo con il telescopio Inouye, ma con la Parker Solar Probe ed i nostri satelliti per il monitoraggio del Sole situati nel punto L1 di Lagrange nello spazio – dell’infrastruttura necessaria per rilevare e misurare questi eventi, ma le mitigazioni richieste non sono in posto a tutti.

Nella peggiore delle ipotesi, il brillamento solare potrebbe arrivare durante un’ondata di freddo sull’emisfero settentrionale in inverno. Metterebbe fuori uso l’energia elettrica per la maggior parte del mondo sviluppato, lasciando miliardi di persone senza calore o elettricità. 

Lo stoccaggio e la distribuzione di cibo e acqua potrebbero bloccarsi, lasciando miliardi di persone abbandonate a se stesse. Anche i nostri sistemi satellitari potrebbero essere messi offline; qualsiasi sistema che si basi su manovre computerizzate per evitare collisioni potrebbe invece avviare una catastrofica reazione a catena di impatti satellitari nell’orbita terrestre bassa. Se non ci prepariamo, un singolo evento potrebbe riportarci indietro di decenni come civiltà.

Cosa possiamo fare per prevenire i danni

Allora cosa possiamo fare per prepararci? 

Iniziamo con la diagnosi precoce: osservazioni terrestri e spaziali del Sole e delle particelle che viaggiano dal Sole alla Terra. Ciò significa, idealmente, una rete di osservatori eliofisici sulla Terra, nel punto L1 di Lagrange nello spazio e in prossimità del Sole stesso. 

Dobbiamo preparare le reti elettriche per gli arresti e le disconnessioni effettuabili in meno di 14 ore ed aumentare la messa a terra nelle stazioni e nelle sottostazioni. Dovremmo creare orbite obbligatorie in “modalità sicura” per i satelliti, in modo che le interruzioni dell’elettronica non siano catastrofiche e creare piani di emergenza per i cittadini nel caso in cui si verifichi un bagliore a livello di Carrington e si diriga verso la Terra.

In un senso molto reale, il pericolo sta sicuramente arrivando; è solo questione di quando

Se non facciamo nulla per prepararci, quando “il grande bagliore” arriverà, possiamo aspettarci danni alle infrastrutture per un valore di trilioni di dollari e, molto probabilmente, un numero enorme di morti. 

Ma se riusciremo a preparare la nostra rete elettrica, il sistema di distribuzione e le persone ad affrontare l’inevitabile, abbiamo davvero la capacità di sopravvivere efficacemente anche a un evento di tipo Carrington. 

Dobbiamo solo investire nella prevenzione. 

Altrimenti, lo pagheremo molte volte, per gli anni o, addirittura, i decenni a venire.