Le tempeste geomagnetiche possono minacciare la vita sulla Terra

La nozione di vivere in una bolla è solitamente associata a connotazioni negative, ma tutta la vita sulla Terra dipende dalla bolla sicura creata dal nostro campo magnetico

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La nozione di vivere in una bolla è solitamente associata a connotazioni negative, ma tutta la vita sulla Terra dipende dalla bolla sicura creata dal nostro campo magnetico.

Capire come si genera il campo, come ci protegge e come a volte lascia il posto alle particelle cariche del vento solare non è solo una questione di interesse scientifico ma anche una questione di sicurezza.

Utilizzando le informazioni provenienti dalle missioni Cluster e Swarm dell’ESA insieme a misurazioni da terra, gli scienziati sono stati, per la prima volta, in grado di confermare che i flussi di massa esplosivi sono direttamente collegati a bruschi cambiamenti nel campo magnetico vicino alla superficie terrestre, che possono causare danni a condutture e linee elettriche.

Flussi di massa a raffica collegati a perturbazioni del campo magnetico vicino alla Terra

Flussi di massa a raffica legati a perturbazioni del campo magnetico vicino alla Terra. Credito: ESA

La magnetosfera è una regione nello spazio a forma di lacrima che inizia a circa 65.000 km dalla Terra sul lato diurno e si estende per oltre 6.000.000 km sul lato notturno. Si forma attraverso le interazioni tra il campo magnetico terrestre e il vento supersonico che fluisce dal Sole.

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Queste interazioni sono estremamente dinamiche e comprendono complicate configurazioni di campi magnetici e sistemi di corrente elettrica. Alcune condizioni solari, note come condizioni meteorologiche spaziali, possono distruggere la magnetosfera spingendo particelle e correnti altamente energetiche intorno al sistema, a volte interrompendo l’hardware spaziale, le reti di comunicazione terrestri e i sistemi energetici.

Missione a grappolo

La missione Cluster comprende quattro satelliti che volano in una formazione tetraedrica e raccolgono i dati più dettagliati finora raccolti sui cambiamenti su piccola scala nello spazio vicino alla Terra e sull’interazione tra le particelle cariche del vento solare e la magnetosfera terrestre. Credito: ESA

In un’orbita ellittica attorno alla Terra, fino a 100.000 km di distanza, la missione Cluster composta da quattro veicoli spaziali dell’ESA ha rivelato i segreti del nostro ambiente magnetico dal 2000. Sorprendentemente, la missione è ancora in ottima salute e sta ancora consentendo nuove scoperte sul campo nell’eliofisica – la scienza che esamina la relazione tra il Sole e i corpi nel Sistema Solare, in questo caso, la Terra.

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Lanciato nel 2013, il trio di satelliti Swarm dell’ESA orbitano molto più vicino alla Terra e sono utilizzati in gran parte per capire come viene generato il nostro campo magnetico misurando con precisione i segnali magnetici che provengono dal nucleo, dal mantello, dalla crosta e dagli oceani della Terra, nonché da ionosfera e magnetosfera. Tuttavia, Swarm sta anche portando a nuove intuizioni sul tempo nello spazio.

La complementarità di queste due missioni, che fanno parte dell’Osservatorio eliofisico dell’ESA, offre agli scienziati un’opportunità unica di scavare in profondità nella magnetosfera terrestre e comprendere ulteriormente i rischi del tempo spaziale.

Costellazione dello sciame

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Costellazione dello sciame. Credito: ESA/ATG Medialab

In un articolo pubblicato su Geophysical Research Letters, gli scienziati descrivono come hanno utilizzato i dati di Cluster e Swarm, insieme a misurazioni effettuate da strumenti a terra, per esaminare la connessione tra tempeste solari, flussi di massa esplosivi nella magnetosfera interna e perturbazioni nel campo magnetico al livello del suolo che guida “correnti indotte geomagneticamente” sopra e sotto la superficie terrestre.

La teoria era che intensi cambiamenti nel campo geomagnetico che guidano correnti indotte geomagneticamente sono associati a correnti che fluiscono lungo la direzione del campo magnetico, guidate da burst che generano flussi di massa, che sono raffiche veloci di ioni che viaggiano tipicamente a più di 150 km al secondo. Queste correnti allineate al campo collegano la ionosfera e la magnetosfera e passano attraverso le posizioni sia dell’ammasso che dello sciame. Finora questa teoria non era stata confermata.

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Malcolm Dunlop, del Rutherford Appleton Laboratory nel Regno Unito, ha spiegato: “Abbiamo usato l’esempio di una tempesta solare nel 2015 per la nostra ricerca. I dati di Cluster ci hanno permesso di esaminare i flussi esplosivi alla rinfusa – esplosioni di particelle nella coda magnetica – che contribuiscono alla convezione su larga scala di materiale verso la Terra durante i periodi geomagneticamente attivi e che sono associati alle caratteristiche dell’aurora boreale note come stelle filanti aurorali. I dati di Swarm hanno mostrato corrispondenti grandi perturbazioni più vicine alla Terra associate al collegamento di correnti allineate al campo dalle regioni esterne che contengono i flussi”.

Insieme ad altre misurazioni prese dalla superficie terrestre, siamo stati in grado di confermare che le intense perturbazioni del campo magnetico vicino alla Terra sono collegate all’arrivo di flussi esplosivi più lontani nello spazio“.

Il responsabile della missione Swarm dell’ESA, Anja Strømme, ha aggiunto: “È grazie al fatto che entrambe le missioni si sono estese ben oltre le loro vite pianificate, e quindi entrambe le missioni in orbita contemporaneamente, che abbiamo potuto realizzare questi risultati“.

Sebbene questa scoperta scientifica possa sembrare in qualche modo accademica, ci sono vantaggi reali per la società.

Il Sole bagna il nostro pianeta con la luce e il calore per sostenere la vita, ma ci bombarda anche con pericolose particelle cariche attraverso il vento solare. Queste particelle cariche possono danneggiare le reti di comunicazione e i sistemi di navigazione come GPS e satelliti, tutti elementi su cui facciamo affidamento per servizi e informazioni nella nostra vita quotidiana.

Come discute il documento, queste tempeste possono influenzare la superficie e il sottosuolo della Terra, portando a interruzioni di corrente, come il grave blackout che ha subito il Quebec in Canada nel 1989.

Effetti del tempo spaziale

Il tempo spaziale si riferisce alle condizioni ambientali nello spazio influenzate dall’attività solare. Credito: ESA/Ufficio scientifico

Con un’infrastruttura elettrica in rapida crescita, sia a terra che nello spazio, che supporta la vita moderna, c’è una crescente necessità di comprendere e monitorare il tempo nello spazio per adottare strategie di mitigazione appropriate.

Alexi Glover, dello Space Weather Office dell’ESA, ha dichiarato: “Questi nuovi risultati aiutano a comprendere meglio i processi all’interno della magnetosfera che possono portare a condizioni meteorologiche spaziali potenzialmente pericolose. Comprendere questi fenomeni e i loro potenziali effetti è essenziale per sviluppare servizi affidabili per gli utenti finali che gestiscono infrastrutture potenzialmente sensibili”.

Riferimento: “Intense dB/dt Variations Driven by Near-Earth Bursty Bulk Flows (BBFs): A Case Study” di Dong Wei, Malcolm W. Dunlop, Junying Yang, Xiangcheng Dong, Yiqun Yu, Tieyan Wang, 20 gennaio 2021, Geophysical Lettere di ricerca .
DOI: 10.1029/2020GL091781