Vento solare sulla Terra

Cosa succede quando il vento solare viene convogliato verso la Terra?

Il nostro Pianeta fortunatamente è dotato di un campo magnetico che ci protegge dalle particelle cariche che arrivano dal nostro Sole, così come da sorgenti al di là del Sistema Solare (i raggi cosmici provenienti per esempio dall'esplosione di supernovae).

Quando il vento solare si scontra con il campo magnetico terrestre forma un altro Bow Shock. Questo fronte d'urto ha la funzione di rallentare in parte le particelle del vento solare che risentono del campo magnetico terrestre e che sono convogliate prevalentemente verso i poli. Ecco perché le aurore si vedono in prossimità dei poli.

Il campo magnetico terrestre ha una forma particolare allungata, perché il vento solare che spira da sinistra verso destra nell'immagine qui sopra "piega" le linee di forza del campo magnetico e gli fa assumere questa particolare forma che si chiama "coda magnetica".

Si riconoscono delle strutture caratteristiche come ad esempio le Fasce di Van Allen (immagine sotto) che sono delle aree in cui si concentrano particelle energetiche che viaggiano a velocità molto vicine a quella della luce. Dato che sono in movimento, formano una corrente che si chiama "corrente ad anello", che gira attorno al nostro pianeta. Sono zone pericolose per una categoria particolare di satelliti, ossia quelli geostazionari che attraversano proprio queste zone.

Effetti delle tempeste solari 

La fascia dell'atmosfera terrestre compresa fra 50 e 450 km di altezza è la ionosfera, ossia quella parte interessata dall'attività solare e che è molto importante soprattutto per le telecomunicazioni. Ne segue che i disturbi che si verificano durante una tempesta solare vanno a impattare sulle telecomunicazioni.

Oltre a problemi alle telecomunicazioni e alle sonde spaziali in passato si sono verificati importanti malfunzionamenti del sistema di fornitura di energia elettrica, acqua e gas e delle fibre ottiche intercontinentali.

Iniziamo dai satelliti. Operano a quote diverse a seconda delle esigenze osservative e delle singole funzioni. Le quote sono quattro: orbita alta (sopra ai 36000 chilometri), geostazionari a 36000 chilometri, orbita media fra 2000 e 36000 chilometri e orbita bassa (mediamente fra 300 chilometri e 2000 chilometri).

Un esempio su tutti per la bassa quota è la Stazione Spaziale Internazionale. Il Sole ha la capacità di modulare con la sua attività anche la densità dell'atmosfera, quindi la vita di un satellite in orbita bassa è legato all'attività solare.

I satelliti che operano invece a quote più elevate risentono meno di questo problema, perché l'atmosfera a quell'altezza è più rarefatta, però possono passare nelle fasce di Van Allen di cui abbiamo parlato sopra, dove ci sono correnti che possono creare problemi. Per esempio si creano dei fenomeni di elettricità statica che possono creare malfunzionamenti alle apparecchiature elettroniche e possono verificarsi guai più seri all'interno del satellite perché gli elettroni nella fasce di Van Allen sono molto energetici, tanto da creare persino corto circuiti o bit flip sui computer di bordo.

Il 6 marzo 1989 durante una tempesta solare di intensità X15 il satellite TDRS1 della NASA registrò più di 250 anomalie a bordo. Durante lo stesso evento in Québec ci fu un blackout di 9 ore causato dalla rottura di una linea di alta tensione. Potete vedere uno dei danni nell'immagine qui sotto.

L'ultima intensa tempesta solare si è verificata nel 2003 e fu soprannominata "tempesta solare di Halloween" perché si verificò il 1 novembre a seguito di 17 eruzioni solari, fra cui la più intensa mai registrata, di classe X28. Si verificarono interruzioni nelle trasmissioni radio, interruzioni per 30 ore nel sistema di supporto GPS per il traffico aereo statunitense. Ci furono poi danni gravi a dei satelliti e interruzioni dei servizi di altri satelliti.

Sono solo esempi per far capire che è molto importante poter prevedere questi eventi e prendere misure cautelari per tempo, tenendo conto però che non è possibile "spostare" i satelliti. Per esempio la Protezione Civile statunitense ha predisposto una sorta di "piano di emergenza" che consiglia, fra le altre cose, ai cittadini di prelevare agli sportelli Bancomat per tempo perché potrebbero andare fuori uso. Anche l'Europa si sta attrezzando con procedure standard.

In quest'ottica i numerosi scienziati impiegati nello studio dello Spaceweather potrebbero raccogliere informazioni determinanti, sia per la vita sulla Terra sia per le procedure da adottare a tutela degli astronauti che viaggeranno verso Marte, e che saranno soggetti a una dose di radiazioni di gran lunga superiore a quelle a cui sono sottoposti, per esempio, i loro colleghi in missione sulla ISS.

Non solo: arrivati su Marte gli esploratori umani dovranno affrontare dosi altissime di radiazioni solari. Nel 2015 si verificò un'intensa eruzione solare con conseguente espulsione di massa coronale (CME) e la sonda MAVEN appurò che la dispersione di gas dall'atmosfera marziana aumentò di un fattore 10.

Inoltre, sappiamo per certo che fenomeni come le aurore non sono un'esclusiva terrestre, basti pensare alle aurore gioviane, di cui abbiamo pubblicato delle immagini poco tempo fa.

In definitiva, l'attività del Sole influenza tutto il Sistema Solare e per questo è necessario uno studio approfondito per poterne capire e prevedere gli effetti collaterali con la maggior precisione possibile, per tutelare sia la Terra sia gli esploratori che un giorno viaggeranno nello Spazio.