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Tempeste di radiazioni, tempeste geomagnetiche e gli “Attori” dello Space Weather
Ora che ti sei goduto lo spettacolo emozionante dell’Aurora, ti richiamo alla razionalità: essendo gli ultimissimi episodi della serie, non posso non approfondire il “Meteo Spaziale“.
Space Weather
Tutto parte dal Sole e dal suo “meteo”, detto “space weather”, causato da tempeste di materia ed energia, espulse con violenza dalla nostra stella e che interagiscono con l’ambiente spaziale terrestre.
Innanzitutto quindi i responsabili li hai già conosciuti all’inizio della serie. L’attività magnetica della nostra stella si esprime in superficie in modi discreti o esplosivi. Ricordi questa infografica che ti ho presentato all’inizio?
Ci sono le macchie solari (siamo ormai a cavallo tra la fine del ciclo 24 e l’inizio del 25, e nei periodi di minimo solare come ora compaiono ancora macchie solari ma sono poche, saltuarie ed isolate)...
… piccola parentesi: al 21 luglio 2020 il Sole è stato privo di macchie solari (spotless) per 10 giorni consecutivi – e in totale sono 153 i giorni spotless dall’inizio dell’anno, equivalenti al 75% del numero di giorni fino a quella data – …
… ma le macchie solari durante i massimi danno invece spettacolo.
La situazione può farsi davvero turbolenta in certi periodi…
… e non farti ingannare dall’apparenza tranquilla dei dischi solari qui sopra, perché in realtà corrispondono ad un’attività frenetica e ad alta tensione!
Oltre alle macchie dicevo, e ai buchi coronali (responsabili del vento solare veloce e visibili solo ai raggi X ed UltraVioletti) …
… i grandi protagonisti sono Flares e Cme (Emissioni di Massa Coronale), i cui prodotti si mescolano alla “patina” del vento solare costante…
… che “soffia” fino ai confini del Sistema Solare, l’Eliopausa.
Anche se NON sono i flares a provocare l’Aurora, tuttavia contribuiscono a produrre seri disturbi e danni, soprattutto dall’alta troposfera in su.
Il confine tra Troposfera e Stratosfera è ben visibile in questa bella immagine.
L’infografica aiuta a visualizzare meglio i confini delle zone a rarefazione diversa, cosa che si vede altrettanto bene nella salita dei palloni stratosferici.
“Attori” diversi generano tipi diversi di Tempeste
“Tempeste di Radiazione solare” – responsabili i Flares
Esplosioni di radiazione elettromagnetica (Radio, IR, visibile, UV, X, gamma), nelle quali finiscono anche i protoni malcapitati che si trovano nella traiettoria…
… la nuvola di protoni ad alta energia (macchia rossa), velocissima, va a degradare le comunicazioni radio sul lato soleggiato della Terra, ma anche la radiazione elettromagnetica (in particolare raggi UV) causa problemi sulla densità atmosferica.
“Tempeste Geomagnetiche” – responsabili le Cme
L’enorme massa coronale e i campi magnetici che la trascinano via…
… raggiungono la Terra come un colossale oceano di particelle …
… disturbando la magnetosfera terrestre (“geo” = Terra) e andando ad energizzare la coda magnetica e il generatore aurorale.
Sono le Cme e l’oceano di particelle da esse trasportate, le grandi responsabili delle splendide Aurore, come hai visto lungo tutto questo percorso insieme a me!
Potenziale pericolosità e tempistiche
Flare
Un flare, per rappresentare per noi un pericolo, deve essere diretto verso la Terra: considerando la sua altissima velocità …
… ci raggiunge in tempi brevissimi, la radiazione impiega solo 8 minuti ad arrivare da noi (viaggiando alla pazzesca velocità di 300.000 km/secondo nel vuoto)…
…mentre i protoni ad alta energia accelerati dall’esplosione possono impiegare anche solo una mezzora (e per questo sono così pericolosi), pazzesco!
A seconda poi della sua energia un flare può creare seri problemi in alta atmosfera, ma attenzione, non raggiunge la bassa atmosfera né il terreno.
I protoni sono catturati dalla magnetosfera mentre le radiazioni filtrate in Ionosfera e in Ozonosfera.
Nel prossimo episodio racconto una panoramica di disturbi e danni provocati dai Flares:
– ai satelliti in alta quota
– con conseguenze sull’orbita e sui sistemi GPS
– sugli astronauti in EVA a 400 km
– sui passeggeri di voli ad alta quota transpolari
– sulle comunicazioni radio ad alta frequenza
Cme – Eruzione di Massa Coronale
Una Cme è più “lenta”: quando diretta verso di noi, ci raggiunge in tempi più lunghi, da 1 fino a 5 giorni, a seconda dell’energia che la veicola.
Oltre a provocare disturbi in alta quota, a differenza dei flares una Cme può avere invece effetti fino in superficie e in certi casi in profondità, sempre a seconda della sua energia.
Nell’episodio successivo racconto invece dei disturbi e danni provocati da Tempeste geomagnetiche “rare ma significative”:
– ai satelliti nella loro orbita
– problemi ai sistemi GPS
– disturbi radio
– blackout elettrici in vaste regioni
– e le nostre famosissime Aurore
Radiazioni anche dagli scontri!
Sappiamo inoltre che anche dallo scontro del campo magnetico delle Cme con il campo magnetico del vento solare costante possono scaturire particelle ad alta energia che causano radiazioni ionizzanti…
… e anche i protoni ad alta energia dei Flares negli scontri con altri oggetti (particelle o pareti di satelliti, sonde, base spaziale) producono radiazioni e particelle secondarie.
Sotto hai una comoda infografica che mostra le 2 componenti:
– radiazione elettromagnetica (prime 3 strisce: luce bianca o visibile, emissioni raggi X, emissioni di “rumore” Radio – più rare)
– particelle ad alta energia (3 strisce sottostanti la metà: particelle energetiche, tempeste magnetiche, vento solare costante)
Probabilità di essere investiti da Flares o Cme
(sempre se rivolti verso la Terra)
Cme
Le Cme hanno maggiori probabilità di avere un effetto significativo sulle nostre attività perché trasportano più materiale in un volume più ampio di spazio interplanetario …
… inoltre guidano un’onda d’urto che può continuamente produrre particelle energetiche mentre si propaga attraverso lo spazio interplanetario aprendosi a ventaglio.
Flares
I flares invece sono più mirati, un po’ come l’arciere che deve fare centro scoccando la freccia, e solo una parte delle particelle fugge via nella direzione dell’esplosione raggiungendoci.
I livelli di radiazioni aumentano in base alla potenza del flare e alla quantità di particelle che viene espulsa e sparata via.
Per concludere rammenta…
Ricorda infine, perché è facile non considerarlo, che essendo il Sole una sfera di plasma rotante, il campo magnetico risulta assai contorto…
… il vento solare che viene emesso prende la forma di una spirale di Archimede rotante nello spazio interplanetario, che si alza e si abbassa, detta perciò “gonna di ballerina“.
Le fuoriuscite di energia e materia causate dalle esplosioni seguono quindi un percorso tanto più curvo quanto meno sono energetiche e potenti/veloci (questo però non significa che le Cme siano poco potenti, al contrario…).
Per dirla in parole povere, più è potente l’esplosione, più il percorso verso la Terra è diretto; più è “debole” l’esplosione, più il percorso segue l’andamento delle linee del campo magnetico.
Per questo è tanto importante monitorare l’attività solare, valutare la potenza delle esplosioni e la direzione delle stesse, per essere preparati e reattivi nel caso, come vediamo nei prossimi tre post, esse ci raggiungano provocando disturbi e danni più o meno gravi in atmosfera, in superficie e perfino in profondità. Arrivederci quindi.
La serie completa “In a nutshell” about Aurora
Link utili:
– Rossana Miani, presso Gruppo Astrofili Maserà di Padova e admin presso SPF gruppo fb Spazio Penultima Frontiera
– Mauro Messerotti, astrofisico presso INAF, Istituto Nazionale di AstroFisica, Osservatorio Astronomico di Trieste (Oats)
– video NASA sulle differenze tra Cme e Flares
– SpaceWeatherLive.com, attività aurorale e solare in tempo reale
– SILSO – Indice solare e osservazioni solari a lungo termine – Grafica del numero di macchie solari
– NASA’s Goddard Space Flight Center
– elaborazioni grafiche di Tiziana “Tirtha” Giammetta
– foto di Aurora di Maciej Winiarczky
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