Tempesta solare è un termine usato per gli effetti atmosferici avvertiti sulla Terra da determinati eventi che si verificano sul Sole. Le tempeste solari si verificano quando il Sole emette enormi esplosioni di energia sotto forma di eruzioni solari ed espulsioni di massa coronale. Questi fenomeni inviano un flusso di cariche elettriche e campi magnetici verso la Terra ad una velocità di circa tre milioni di miglia all’ora.
Quali sono gli effetti di tutto questo sul nostro pianeta?
Tempesta solare: perché influenzerebbe anche la Terra
Quando una tempesta solare colpisce la Terra, spesso produce un’abbagliante “ aurora boreale ” in parti dell’atmosfera che può essere vista in aree vicine al circolo polare artico. Le tempeste solari possono anche disturbare i satelliti e varie forme di comunicazione elettronica. Le tempeste solari iniziano con un’enorme esplosione sul Sole. Queste esplosioni chiamate brillamenti solari, possono essere potenti quanto miliardi di bombe nucleari.
Il clima regolare e terrestre è una parte così fondamentale della nostra vita che ne siamo quasi sempre consapevoli: è oggetto di tutto, dalle chiacchiere al bar all’appassionato dibattito politico. Al contrario, la maggior parte delle persone non ha idea che esista un clima nello spazio, per non parlare di cosa le sue fluttuazioni potrebbero significare per il nostro pianeta. Questo perché, a differenza del meteo quotidiano, non è possibile sperimentare direttamente il meteo spaziale.
Infatti, fino al XIX secolo, non ebbe quasi nessun effetto apprezzabile sull’attività umana. Poi sono arrivate una serie di rivoluzioni scientifiche che hanno reso alcune tecnologie, dall’elettricità alle telecomunicazioni, centrali nella nostra vita. Solo più tardi ci siamo resi conto che tali tecnologie sono vulnerabili agli effetti del clima nello spazio. Le potenziali conseguenze sono radicali quanto la nostra dipendenza tecnologica.
Nel 2019, la Federal Emergency Management Agency, esaminando il panorama dei possibili disastri, ha concluso che solo due pericoli naturali hanno la capacità di colpire simultaneamente l’intera nazione. Una è una pandemia, l’altra è una grave tempesta solare.
Gli scienziati possono cercare di capire cosa sta succedendo nello spazio, preferibilmente abbastanza velocemente da limitare l’impatto sul nostro pianeta. Anche questo è difficile, perché la meteorologia spaziale è un campo estremamente impegnativo, è essenzialmente astrofisica applicata e relativamente nuovo. In quanto tale, ci sono molte domande scientifiche persistenti e di una domanda pratica incombente: cosa accadrà qui sulla Terra quando si abbatterà la prossima tempesta solare?
La tempesta solare del 1859
La prima tempesta solare che ha causato problemi si è verificata nel 1859. Alla fine di agosto, l’aurora boreale, normalmente visibile solo alle latitudini polari, ha fatto una serie di apparizioni insolite: all’Avana, a Panama, a Roma, a New York. Poi, all’inizio di settembre, l’aurora è tornata con un tale splendore che i minatori d’oro delle Montagne Rocciose si sono svegliati di notte e hanno preparato la colazione, e gli uccelli disorientati hanno salutato il “mattino” inesistente.
Questo fenomeno affascinante, anche se sconcertante, ha avuto un corollario sgradito: in tutto il mondo, i sistemi telegrafici sono andati in tilt. Molti hanno smesso del tutto di funzionare, mentre altri hanno inviato messaggi illeggibili. In alcune stazioni telegrafiche, gli operatori hanno scoperto che potevano scollegare le batterie e inviare messaggi attraverso la corrente ambientale, come se la Terra stessa fosse diventata un sistema di messaggistica istantanea.
Per una fortunata coincidenza tutte queste anomalie sono state presto collegate alla loro probabile causa. Intorno a mezzogiorno del 1° settembre, l’astronomo britannico Richard Carrington era fuori a disegnare un gruppo di macchie solari quando ha visto un’esplosione di luce sulla superficie del sole: la prima osservazione conosciuta di un brillamento solare, tipico di una tempesta solare.
Quando sono iniziati ad arrivare resoconti delle aurore a bassa latitudine, insieme a rapporti secondo cui i magnetometri, dispositivi che misurano le fluttuazioni del campo magnetico terrestre, erano aumentati così in tanto da aver esaurito le loro capacità di registrazione, gli scienziati hanno iniziato a sospettare che gli strani fenomeni che stavano accadendo sulla Terra erano legati all’intercettazione del brillamento solare.
Lo sviluppo tecnologico ha aiutato a capire meglio il fenomeno di una tempesta solare
Col tempo, aiutati da ogni nuova innovazione tecnologica, gli astrofisici hanno sviluppato una migliore comprensione del tempo nello spazio. Ma la scienza può impiegare molto tempo per farsi strada nella consapevolezza pubblica, per non parlare delle politiche pubbliche, quindi la meteorologia spaziale è rimasta un argomento per lo più marginale fino al 2008, quando l’Accademia Nazionale delle Scienze ha convocato un gruppo di esperti per valutare la capacità della nazione di sopportare l’impatto terrestre di una tempesta solare.
Si verificherebbero danni estesi ai satelliti che comprometterebbero tutto, dalle comunicazioni alla sicurezza nazionale, mentre l’incidenza di una tempesta solare alla rete elettrica la manderebbe in tilt: assistenza sanitaria, trasporti, agricoltura, risposta alle emergenze, acqua e servizi igienico-sanitari, settore finanziario, continuità del Governo. Il rapporto stima che il recupero da una tempesta potrebbe richiedere fino a un decennio e costare molti trilioni di dollari.
Nella meteorologia spaziale, ogni giorno è un giorno soleggiato. Non c’è pioggia interstellare, né neve interplanetaria, né nevischio che cade dagli anelli di Saturno. Tutti i fenomeni che chiamiamo meteorologia spaziale hanno origine dal sole d quindi, per iniziare, bisogna abbandonare l’idea implicita nella nostra meteorologia e onnipresente nelle nostre metafore, che il sole sia una forza mite e benefica, dispensatrice di buon umore e di ottime abbronzature.
In realtà il Sole è un’enorme bomba termonucleare che esplode continuamente da quattro miliardi e mezzo di anni. Il suo funzionamento interno è compreso in maniera imperfetta anche dagli eliofisici. Per i nostri scopi, gli unici due fenomeni solari che dobbiamo comprendere sono i brillamenti solari e le espulsioni di massa coronale, che derivano entrambi dalla stessa cosa: un accumulo di energia nel campo magnetico del sole.
I brillamenti solari contengono una quantità colossale di energia, sufficiente, in un contesto di grandi dimensioni, a soddisfare il fabbisogno energetico del nostro pianeta per i prossimi quindici o ventimila. L’espulsione di massa coronale è una bolla da un miliardo di tonnellate di plasma magnetizzato che esplode dalla superficie del sole. Questi due fenomeni possono verificarsi separatamente, ma quando si verificano insieme, segnano l’inizio di una grande tempesta solare.
La maggior parte delle tempeste solari non colpisce la Terra, per lo stesso motivo per cui la maggior parte delle palle da baseball non colpisce una persona in particolare sugli spalti. Ma quando arriva una tempesta, arriva velocemente. Parte della radiazione solare arriva in poco più di otto minuti: il tempo necessario a qualsiasi cosa che viaggia alla velocità della luce per attraversare i novantatre milioni di miglia che ci separano dal sole. Tutta quell’energia che colpisce la nostra atmosfera ionizza ulteriormente la ionosfera, il suo corso superiore.
Il risultato, in una forte tempesta solare, è un blackout parziale delle lunghezze d’onda radio a bassa frequenza e un blackout completo delle lunghezze d’onda ad alta frequenza su tutto il lato della Terra rivolto verso il sole.
Questi blackout, che possono durare anche diverse ore, interrompono le radioamatori, la radio AM, le comunicazioni terra-sottomarino (utilizzate dalla Marina), le comunicazioni terra-aria di backup (utilizzate sia dai voli militari che da quelli civili) e altri sistemi di comunicazione, navigazione e cronometraggio di backup utilizzati per scopi militari, governativi e marittimi.
Gli effetti di una tempesta solare ai giorni nostri
Questa è la prima fase di una tempesta solare. Nel frattempo, dal momento in cui si sono formati, il brillamento e l’espulsione di massa coronale hanno iniziato a trasferire energia a tutti i protoni e gli elettroni sul loro percorso, accelerandoli a velocità relativistiche o quasi relativistiche. Quando questi protoni ed elettroni potenziati, noti come particelle energetiche solari, raggiungono la nostra atmosfera, a volte in sole decine di minuti, formano la seconda fase, nota come tempesta di radiazioni solari.
Una tempesta di radiazioni solari può danneggiare gli esseri umani, anche se solo se si trovano in cielo mentre si verifica una tempesta del genere. Per le persone che viaggiano in aereo su rotte sopra i poli (dove le particelle energetiche, seguendo le linee del campo magnetico, tendono a concentrarsi), il rischio è minore.
Tali voli tuttavia ricevono rapporti meteorologici spaziali da swpc prima del decollo e in genere vengono reindirizzati se si prevede una grande tempesta solare. Per gli astronauti, le forti tempeste radioattive sono più preoccupanti.
Quelli sulla Stazione Spaziale Internazionale beneficiano della protezione attenuata ma ancora esistente del campo magnetico terrestre e durante eventi di radiazioni estremi possono ripararsi nelle parti meglio schermate della stazione. Ma per coloro che si trovano al di fuori della nostra atmosfera, una tempesta del genere potrebbe essere letale, sia immediatamente sia perché la malattia da radiazioni li renderebbe incapaci di svolgere funzioni cruciali per la vita.
Infine, l’aumento della radiazione solare aumenta la densità di alcune regioni dell’atmosfera terrestre, il che aumenta la resistenza aerodinamica. Ciò è particolarmente problematico nell’orbita terrestre inferiore (fino a circa milleduecento miglia sopra la superficie del nostro pianeta), dove si trova più dell’ottanta per cento di tutti i satelliti.
Nella migliore delle ipotesi, i satelliti che subiscono questa resistenza devono utilizzare più carburante per mantenere l’orbita, accorciando così la loro durata di vita. Ecco perché, nel 1979, lo Skylab si è schiantato sulla Terra prima del previsto. Nel peggiore dei casi, perdono completamente l’orbita, bruciando al rientro.
