Quanto è vulnerabile la Terra a un brillamento solare a livello evento Carrington?

Un evento di magnitudo Carrington ucciderebbe milioni di persone e causerebbe danni per migliaia di miliardi di dollari. Purtroppo, non è nemmeno lo scenario peggiore.

Ma il Sole, per quanto sia stabile e in lenta evoluzione, potrebbe avere in serbo per noi una sgradita sorpresa sotto forma di un brillamento solare o di un’espulsione di massa coronale. Quanto siamo a rischio?

Beh, diciamo che ogni giorno ci sono cose peggiori di cui preoccuparsi. Ma nei prossimi anni e decenni, non solo è inevitabile un colpo diretto da un catastrofico evento meteorologico spaziale, ma un evento simile a Carrington non è nemmeno lo scenario peggiore. Ecco cosa dovrebbero sapere tutti.

Nel 1859, l’astronomia solare era una scienza molto semplicistica. Oltre a creare una proiezione del Sole o guardarlo attraverso un filtro oscurato posto sopra la lente esterna di un telescopio, molto poco si sapeva del Sole. Sapevamo che è la principale fonte di energia del nostro pianeta, ma non avevamo idea dei processi di fusione nucleare che lo alimentavano, né comprendevamo l’interazione tra il suo interno e la sua superficie, la potenza dei suoi campi magnetici o quanta energia potesse essere rilasciata dalle anse coronali e dalle protuberanze ai margini della sua fotosfera.

Ciò cambiò radicalmente nel 1859, quando l’astronomo Richard Carrington stava seguendo una macchia solare particolarmente grande e irregolare. All’improvviso osservò un “bagliore di luce bianca”, con una luminosità senza precedenti e della durata di circa cinque minuti. Circa 18 ore dopo, si verificò sulla Terra la più grande tempesta geomagnetica mai registrata nella storia. Le aurore erano visibili in tutto il mondo, anche all’equatore. I minatori riemersero dalle miniere nel cuore della notte, pensando che fosse l’alba. I giornali potevano essere letti alla luce dell’aurora. E in modo preoccupante, i sistemi telegrafici iniziarono a scintillare e a bruciare, anche se erano completamente disconnessi.

Questa si rivelò la prima osservazione in assoluto di quello che oggi conosciamo come brillamento solare: un esempio di meteorologia spaziale. Se un evento simile all’evento Carrington del 1859 si verificasse qui sulla Terra oggi, si tradurrebbe in un disastro economico e tecnologico spaventoso. Quel bagliore solare nacque da processi che si verificano negli strati più esterni del Sole. Quando li esaminiamo con la tecnologia moderna, anche con coronografi in pieno giorno, scopriamo che ci sono anelli, viticci e persino flussi di plasma caldo e ionizzato: atomi che sono così caldi che i loro elettroni vengono strappati via, lasciando solo nuclei atomici nudi.

Queste caratteristiche sono causate dal campo magnetico del Sole, poiché queste particelle calde e cariche seguono le linee del campo magnetico tra le diverse regioni del Sole, che è molto diverso dal campo magnetico terrestre. Il campo del sole è generato appena sotto la superficie. Ciò significa che le linee entrano ed escono dal sole in modo caotico, con forti campi magnetici che si ripetono, si dividono e si ricollegano periodicamente. Quando si verificano questi eventi di riconnessione magnetica, possono portare non solo a rapidi cambiamenti nella forza e nella direzione del campo vicino al sole, ma anche alla rapida accelerazione delle particelle cariche. Ciò può portare all’emissione di brillamenti solari, così come – se viene coinvolta la corona del Sole – espulsioni di massa coronale.

I brillamenti solari e le espulsioni di massa coronale sono costituiti da particelle cariche in rapido movimento provenienti dal sole: in gran parte protoni e altri nuclei atomici. Normalmente, il sole emette un flusso costante di queste particelle, noto come vento solare. Tuttavia, questi eventi meteorologici spaziali – sotto forma di brillamenti solari ed espulsioni di massa coronale – possono non solo aumentare notevolmente la densità delle particelle cariche che vengono emesse dal Sole, ma anche la loro velocità ed energia. In genere si verificano vicino alle latitudini equatoriali, il che significa che sono a rischio di incrociare l’orbita della Terra. Il Sole compie una rotazione completa ogni 25 giorni al suo equatore, mentre la Terra orbita intorno al Sole ogni ~365 giorni. Quando un bagliore o un’espulsione è allineato con la Terra, il nostro pianeta è a rischio.

Oggi disponiamo di satelliti e osservatori per il monitoraggio del Sole e questi sono la nostra prima linea di difesa: ci avvisano quando un evento meteorologico spaziale è potenzialmente una minaccia per noi. Ciò si verifica quando un bagliore punta direttamente su di noi o quando un’espulsione di massa coronale appare “anulare”, nel senso che vediamo solo un alone sferico di un evento che è potenzialmente diretto proprio verso di noi.

La maggior parte delle volte che viene lanciato un brillamento solare o un’espulsione di massa coronale la Terra viene mancara; quelli che colpiscono la Terra sono, in gran parte, relativamente deboli e lenti, incapaci di causare effetti diversi da un lieve spettacolo aurorale; la maggior parte di quelli forti che hanno colpito la Terra non hanno ancora causato alcun danno alla nostra civiltà. In effetti, saremo nei guai solo se tre cose accadono tutte contemporaneamente:

1. Gli eventi meteorologici spaziali che si verificano devono avere il corretto allineamento magnetico rispetto al nostro pianeta per penetrare nella nostra magnetosfera. Senon sono allineati, il campo magnetico terrestre devierà in modo innocuo la maggior parte delle particelle, lasciando che il resto non faccia altro che creare un display aurorale per lo più innocuo. Questo allineamento si verifica raramente e ora può essere misurato con il telescopio solare Daniel K. Inouye dell’NSF.
2. I tipici brillamenti solari si verificano solo nella fotosfera del Sole, ma quelli che interagiscono con la corona solare, spesso collegati da una protuberanza solare, possono causare un’espulsione di massa coronale. Se un’espulsione di massa coronale è diretta proprio verso la Terra e le particelle si muovono rapidamente si verificherà il maggior pericolo.
3. Nel 1859 l’elettricità era ancora relativamente nuova e rara; oggi è una parte onnipresente della nostra infrastruttura globale. Man mano che le nostre reti elettriche diventano più interconnesse e di vasta portata, la nostra infrastruttura deve affrontare minacce sempre maggiori da questi eventi meteorologici spaziali.

È solo, quindi, dall’avvento della nostra infrastruttura moderna, elettrificata e dipendente dall’elettronica che i brillamenti solari e le espulsioni di massa coronale hanno iniziato a rappresentare un pericolo per l’umanità. Gli organismi biologici non sono influenzati da queste particelle e dai cambiamenti del campo magnetico indotto; il peggio che sperimenteremo è un luminoso display aurorale causato da particelle cariche che vengono incanalate nella nostra atmosfera. Ma oggi, con l’enorme quantità di infrastrutture basate sull’elettricità che ora ricoprono il nostro pianeta, il pericolo è molto, molto reale.

Il problema deriva dall’avere fili lunghi, anelli e bobine di fili, trasformatori e simili infrastrutture elettriche/elettroniche attraversate dalla corrente. Ogni volta che la corrente scorre, crea un campo magnetico; ogni volta che il campo magnetico attraverso un anello o una bobina (o attorno a un filo) cambia, può analogamente indurre una corrente elettrica. È qui che entra in gioco il pericolo: gli eventi meteorologici spaziali colpiscono la Terra, impattano e alterano il campo magnetico del nostro pianeta sulla sua superficie, il che provoca il cambiamento del campo magnetico in questa infrastruttura elettrica/elettronica, provocando il flusso di carica e inducendo una corrente elettrica. È importante sottolineare che ciò si verifica anche se:

• non c’è batteria,
• nessuna fonte di tensione,
• e anche se i dispositivi elettronici sono completamente scollegati.

Questo è ciò che rende la meteorologia spaziale così importante per noi sulla Terra: gli eventi di meteorologia spaziale non rappresentano una minaccia diretta per gli esseri umani, ma possono far fluire enormi quantità di corrente elettrica attraverso i cavi che collegano la nostra infrastruttura. Questo può portare a:

• cortocircuiti elettrici,
• incendi,
• esplosioni,
• blackout e interruzioni di corrente,
• una perdita di infrastrutture di comunicazione,

e molti altri danni che risulteranno come conseguenze a valle di questa interruzione. L’elettronica di consumo non è un grosso problema; se sapessi che sta arrivando una tempesta solare e staccassi tutto in casa, la maggior parte dei tuoi dispositivi sarebbe al sicuro. Il problema principale riguarda l’infrastruttura predisposta per la produzione e la trasmissione di energia su larga scala; ci saranno sovratensioni incontrollabili che metteranno fuori uso centrali elettriche e sottostazioni e pomperanno troppa corrente nelle città e negli edifici.

Nel 2013, quando la nostra infrastruttura era nove anni più primitiva di quanto non sia oggi, un rapporto all’avanguardia considerava cosa sarebbe accaduto esclusivamente alla rete elettrica nordamericana a seguito di un evento simile a quello di Carrington, se si fosse verificato allora. La conclusione era che, nel solo continente nordamericano, il danno causato sarebbe stato di circa 2,6 trilioni di dollari. Dato l’aumento delle infrastrutture terrestri e spaziali (arriveremo a questa parte tra un attimo) e il fatto che questi eventi hanno conseguenze globali, un moderno evento simile a quello di Carrington potrebbe diventare il primo disastro naturale dell’umanità con dei costi e conseguenze che superano una soglia di 14 cifre ($ 10 trilioni).

Lo scenario da incubo sarebbe simile a questo.

• Viene emesso un rapido brillamento solare o un’espulsione di massa coronale e non riceveremmo alcun preavviso o ignoreremmo qualsiasi avviso ricevuto.
• Le particelle cariche arriverebbero – non in 3 o 4 giorni, un tipico tempo di viaggio – ma in meno di 24 ore: prova di un evento meteorologico spaziale estremamente energetico.
• Sarebbero al massimo anti-allineati con il campo magnetico terrestre, piovendo quindi sulla Terra, permeando la nostra magnetosfera e cambiando drasticamente il nostro campo magnetico di superficie.
• Le aurore sarebbero super potenti, apparirebbero a livello globale, giorno e notte e a tutte le latitudini.
• Indurrebbero correnti nelle nostre reti elettriche, portando a enormi sbalzi di tensione.
• Ciò farebbe esplodere centrali elettriche e sottostazioni, causando forti sbalzi di tensione nei settori commerciale, residenziale e industriale e causandoun gran numero di incendi.
• Senza alimentazione, la maggior parte di questi incendi divamperebbe in modo incontrollabile; senza la nostra infrastruttura di comunicazione, non ci sarebbe modo di fornire aiuto a chi ne ha bisogno.
• Molte località rimarrebbero senza elettricità per settimane o mesi o più, e il sistema di trasporto e distribuzione rallenterebbe fino a ridursi ad un filo o addirittura si fermerebbe.
• E poiché queste reti elettriche dovrebbero essere riparate o addirittura sostituite interamente, cose come il riscaldamento, il raffreddamento e la consegna di cibo e acqua pulita alle persone che ne hanno bisogno rimarrebbero insoddisfatte.

Nel peggiore dei casi, non solo ciò causerebbe decine di trilioni di danni alla proprietà in tutto il mondo, ma milioni e milioni di persone avrebbero problemi di rifornimento di acqua, riscaldamento, refrigerazione e copmunicazioni all’indomani di una tempewsta solare siffatta.

L’atmosfera può proteggerci dalle particelle energetiche emesse dal Sole ma la nostra infrastruttura spaziale non ha tale protezione. I satelliti verrebbero tutti messi offline e se si affidano all’intelligenza artificiale per evitare collisioni, come la moderna costellazione non regolamentata dei satelliti Starlink, anche questo andrà offline. Se passa troppo tempo prima che vengano riportati online, o semplicemente siamo sfortunati, non si verificheranno solo collisioni, ma collisioni a cascata. Nel peggiore dei casi, l’orbita terrestre bassa potrebbe essere disseminata di spazzatura spaziale, creando un campo di detriti catastrofico che persisterà per millenni.

Inoltre, l’evento Carrington del 1859 non fu un evento unico e una tantum che non accadrà mai più. Il 23 giugno 2012, il sole ha emesso un brillamento solare altrettanto energico dell’evento Carrington del 1859. Si è verificato lungo il piano equatoriale del Sole, e siamo stati fortunati per il fatto che il Sole fosse ruotato nella direzione sbagliata per venire verso di noi.

Se il flare si fosse verificato con un differenziale temporale di 9 giorni, sarebbe stato un colpo diretto. Inoltre, un’analisi composita dei dati degli anelli degli alberi, dei dati delle carote di ghiaccio e della documentazione storica indica che nel 774/775, nel 993/994 e nel ~660 a.C. si verificarono eventi simili. Poco più di 9000 anni fa, si verificò un evento 10-100 volte più potente. È possibile, forse anche probabile, che la fortuna sia l’unico motivo per cui finora abbiamo evitato la catastrofe.

Per quanto riguarda le strategie di mitigazione, oggi siamo solo leggermente meglio preparati rispetto a nove anni fa. Abbiamo una messa a terra insufficiente nella maggior parte delle stazioni e sottostazioni per dirigere grandi correnti indotte nel terreno invece che nelle case, nelle aziende e negli edifici industriali. Potremmo ordinare alle compagnie elettriche di interrompere le correnti nelle loro reti elettriche – una riduzione graduale che richiede circa 24 ore – che potrebbe ridurre i rischi e la gravità degli incendi, ma questo non è mai stato tentato prima.

La diagnosi precoce è il primo passo e stiamo facendo grandi progressi scientifici su questo fronte. Tuttavia, fino a quando non avremo preparato la nostra rete elettrica, il nostro sistema di distribuzione dell’energia ed i cittadini della Terra ad essere pronti per l’inevitabile, un evento a livello Carrigton ci costerà caro se arriverà presto.

Ironia della sorte, senza le infrastrutture di cui abbiamo bisogno, i veicoli elettrici saranno in gran parte inutili durante questo periodo; a meno che tu non abbia a portata di mano un generatore o un banco di batterie, i combustibili fossili saranno la nostra salvezza. L’importo che pagheremo per riparare la nostra infrastruttura ci costerà molte volte ciò che non abbiamo speso nella prevenzione, per anni e persino decenni a venire, tutto a causa della nostra riluttanza collettiva a prepararci.