Meteorologia spaziale
di Giovanni Lorusso IK7ELN
IARA, SdR Radioastronomia UAI, AMSAT-Italia

Introduzione
Meteorologia spaziale? Previsioni del tempo nello spazio? Ebbene sì! Dobbiamo abituarci anche a questa nuova espressione. Sappiamo che la meteorologia terrestre riguarda il nostro pianeta e determina le nostre attività quotidiane ed il nostro weekend. Mentre ora faremo la conoscenza con lo "space weather" che riguarda le condizioni del tempo nello spazio interplanetario, condizionato dal vento solare attraverso il flusso di particelle ad alta energia provenienti dal Sole,
in modo particolare nei suoi periodi tempestosi, i quali, puntualmente, si ripetono ogni undici anni, ovvero, nel corso di un ciclo solare. La meteorologia spaziale è una nuova disciplina scientifica che vede impegnati professionisti e dilettanti nello studio e nelle previsioni di eventi disastrosi che il Sole, nostra fonte di vita, in momenti di massima attività,
può creare sul nostro pianeta.
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Agli inizi del 2008, con perfetto sincronismo, le macchie solari hanno invertito la loro polarità (Hale's sunspot polarity law, Legge di Hale della polarità delle macchie solari, vedi immagine sopra) segnalando l’inizio del XXIV° ciclo solare; ma, per quanto riguarda le previsioni dell’intensità relativa all’attività solare, i pareri dei fisici sono contrastanti. Infatti, i dati raccolti sino ad ora, come sempre, hanno diviso gli esperti; in quanto, una parte prevede un incremento maggiore del 50% rispetto al XXIII° ciclo e l’altra parte stima un 40% in meno. Tuttavia va detto che trattasi soltanto di previsioni, elaborate sulla base dei fenomeni solari in atto e consultando gli archivi storici dell’attività solare. Ma la nostra stella è davvero imprevedibile, basti ricordare i cicli tra l’anno 1645 ed il 1715, conosciuto come il “Minimo di Maunder”
(vedi grafico sotto),



quando il Sole, inaspettatamente, non mostrò la minima attività, modificando le condizioni meteorologiche sulla Terra, generando inverni rigidi anche alle basse latitudini; un evento ricordato con l’appellativo di “piccola glaciazione”. Altri fenomeni bizzarri di un ciclo solare sono le "solar storms" (tempeste solari) le quali condizionano fortemente quanto avviene giornalmente sul nostro pianeta. Attività come la distribuzione di energia elettrica, la navigazione aerea su rotte polari, la navigazione marittima, le comunicazioni satellitari e tutte le radiocomunicazioni, comprese quelle radioamatoriali, in presenza di una tempesta solare, possono essere messe a rischio di black-out anche per un lungo periodo. Nel 1989, una devastante tempesta solare distrusse i trasformatori di energia elettrica del Quebec (Canada), condannandolo all'oscurità per diversi mesi. Ma entriamo nel dettaglio per capire come avviene una tempesta solare, capace di condannare al silenzio radio anche i più agguerriti radioamatori. Innanzitutto occorre dire che il Sole non porta sulla Terra soltanto luce e calore e che per attività solare si intende l’emissione, variabile nel tempo, dal Sole e per tutto lo spazio, del vento solare, di particelle energetiche, raggi X e onde radio. Inoltre va aggiunto che esistono varie tipologie di fenomeni solari che provocano disturbi alla attività umane: le tempeste geomagnetiche, le tempeste di radiazione solare e i radio black-out.

Ed allora passiamo in rassegna questi fenomeni di cui, il nostro amico Sole, si rende protagonista nel corso di un ciclo solare: le tempeste geomagnetiche sono perturbazioni del campo magnetico terrestre prodotte dalle emissioni di plasma, espulso dalla corona solare (CME, Coronal Mass Ejection) attraverso i buchi coronali, capaci di raggiungere la Terra in circa diciotto ore, e che, quando di forte intensità di protoni ed elettroni, dopo aver interagito con il campo magnetico terrestre, producono guai seri alle centrali elettriche, disturbano la propagazione delle onde radio, inibiscono i sistemi di navigazione terrestre e satellitare e addirittura confondono il flusso migratorio degli uccelli. Le CME, muovendosi lungo le linee di forza del campo magnetico terrestre, sono anche all’origine di spettacolari aurore polari. Mentre le tempeste di radiazione solare (SEP, Solar Energetic Particles) si riferiscono alla comparsa di elevati livelli di radiazione dei raggi ultravioletti UV causati dall’eccessiva presenza di particelle energetiche che viaggiano a 300.000 Km/s (la velocità delle onde radio e della luce) e raggiungono la Terra entro circa 8' 16".



Gli effetti negativi di queste tempeste sono i disturbi alle comunicazioni, ai sistemi di navigazione satellitare e, soprattutto, un alto rischio per gli aerei che volano a quote elevate e per gli astronauti, in modo particolare se in missione extraveicolare. L’assorbimento di una dose abbondante dei nuclei atomici energetici può causare danni ai tessuti ed organi, causando le tipiche malattie da radiazione, fino alla morte. Infine, l’argomento che ci riguarda più da vicino è il radio black-out. La causa di forti disturbi e, a volte, di un lungo silenzio radio in HF, è prodotto sulla ionosfera da intense emissioni di raggi X provenienti dal Sole, a seguito di brillamenti solari (flares) di classi molto elevate. A tal riguardo, la NOAA, National Oceanic and Atmosferic Administration ha classificato i disturbi provocati dall’emissione di Raggi X di provenienza solare, stilando una scala di intensità, nella quale, una Solar X Ray Emission di tipo “M” o di tipo “X”, rappresenta un segnale di allarme per questo tipo di eventi. Una coppia di satelliti, GOES e POES (Geostationary and Polar Operational Environmental Satellite) osservano costantemente l’attività solare nei Raggi X, pronti a segnalare forti brillamenti ed intense emissioni. E qui va aggiunto il prezioso contributo di radioamatori e astrofili che, avvalendosi delle loro attrezzature, segnalano agli istituti di ricerca le pericolose emissioni rilevate in banda radio e sullo spettro del visibile. Ebbene, con l’intensificarsi delle attività umane per scopi diversi, quali: la ricerca spaziale, la meteorologia, le telecomunicazioni, la difesa militare, la medicina, è diventato sempre più importante conoscere il comportamento, a volte dannoso, della nostra stella.

Attraverso questa nuova disciplina scientifica denominata "meteorologia spaziale" (Space Weather), la comunità scientifica è riuscita a mettere in guardia dai danni provocati dalla violenza dei raggi UV ed ha schierato una flotta di “sentinelle solari” che, a distanza ravvicinata, osservano il Sole su varie lunghezze d’onda, inviando sulla Terra preziose informazioni. Ma lo studio della meteorologia spaziale non si limita alla valutazione dei fenomeni solari, perché altri elementi concorrono ad arricchire la materia, quali: i raggi cosmici galattici (Galactic Cosmic Ray), causati dalle esplosioni di supernovae (esplosioni di stelle al termine della loro vita) provenienti dallo spazio profondo e che raggiungono la Terra, trasportando molta più energia delle particelle solari, per nostra fortuna, bloccata dal nostro campo magnetico e dall’atmosfera terrestre; ed i lampi di raggi gamma (GRB, Gamma Ray Burst). Al momento, questi fenomeni non trovano ancora una soddisfacente spiegazione scientifica, per cui sono ancora oggetto di studio; tuttavia, lasciano capire l’importanza che riveste lo studio della meteorologia spaziale, in modo particolare se indirizzato a migliorare le nostre capacità di prevedere eventi particolarmente energetici che potrebbero compromettere la nostra sicurezza. Attualmente, più che previsioni, si tratta di analisi probabilistica degli eventi; e fu per puro caso che gli astronauti della Stazione Spaziale Internazionale (ISS, International Space Station) scamparono alle devastanti radiazioni UV del 20 Gennaio 2005, perché all’ultimo momento, annullarono una missione extraveicolare. Non da meno avvenne il 6 Dicembre 2006, quando un enorme brillamento solare generò un flusso di rumore in banda radio dieci volte superiore al normale, rilevato da tutte le stazioni radioastronomiche terrestri, sufficiente ad abbagliare tutti i ricevitori GPS dell’emisfero della Terra esposto al Sole. Ma lo spettacolo più singolare del Sole, avvenne il 13 Dicembre 2006, quando un'enorme CME, raggiunse la Terra in due ondate, la prima tra le 12.00 e le 18.00 UTC e la seconda nella notte del 14 Dicembre, provocando gravi danni ai computer di bordo ed ai pannelli solari di alcuni satelliti e causando un black-out radio che durò circa due giorni. In quel periodo, molti radioamatori salirono sul tetto per controllare le antenne, convinti che fossero disconnesse dagli apparati radio. ;-)
Quindi, fenomeni rilevabili anche con apparecchiature radioamatoriali.

A conclusione, che cosa ci riserva il XXIV° ciclo solare?
Al di là dei suoi capricciosi fenomeni, io mi auguro tanta buona propagazione su tutte le bande;
ma soprattutto, spero tanta pace e serenità per i popoli della Terra.
Di questa speranza, credetemi, ce n'è tanto bisogno!

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