Schema del sistema Sole-Terra e del flusso di particelle e fotoni che determina il tempo meteorologico dello spazio (space weather). Crediti: Nasa’s Goddard Space Flight Center. Traduzione: M. Messerotti
Il tempo meteorologico dello spazio (space weather) rappresenta lo stato fisico dello spazio in cui si trovano la Terra e i pianeti del Sistema solare, riempito dal vento solare, un flusso continuo di particelle elettricamente cariche (plasma), confinato dall’analogo “vento interstellare” in una enorme regione, l’eliosfera. Il Sole è una tranquilla stella nana gialla, ma la rotazione trasforma il debole campo magnetico dipolare prodotto dalla dinamo interna in intensi campi magnetici localizzati nelle macchie solari, il cui numero caratterizza il ciclo di attività solare undecennale, poiché le macchie possono rilasciare energia magnetica nei brillamenti cromosferici con accelerazione di particelle ed emissione di radiazione elettromagnetica dai raggi X alle onde radio. Anche enormi “bolle di plasma” (Cme, coronal mass ejection) possono venir accelerate verso i pianeti, il cui campo magnetico, dove esiste e funge da scudo per le particelle, viene compresso originando tempeste geomagnetiche.
Schema dei principali effetti dello space weather sui sistemi biologici e tecnologici a terra e nello spazio.
Crediti: Esa; Bira. Traduzione: M. Messerotti
Aurore polari si osservano come tenue luce di vari colori, emessa in ionosfera da atomi e molecole eccitate da particelle solari che riescono a penetrare lo scudo magnetico. La ionosfera perturbata modifica la qualità delle comunicazioni radio, ad esempio rendendo problematico l’uso della localizzazione Gps. Inoltre intense correnti elettriche ionosferiche possono indurre correnti elettriche negli elettrodotti, determinando blackout elettrici. Gli aerei in rotte polari possono subire un flusso pericoloso di radiazioni ionizzanti e problemi ai sistemi strumentali di bordo. Nello spazio, astronauti in attività extraveicolari possono ricevere dosi elevate di radiazioni e i satelliti subire malfunzionamenti a causa di particelle solari e cosmiche (raggi cosmici), che interferiscono con la loro elettronica. La meteorologia dello spazio si occupa dello studio, modellizzazione e previsione del tempo meteorologico spaziale, utilizzando dati da osservatori spaziali e terrestri.
Studi in corso e domande aperte
La meteorologia dello spazio è una disciplina relativamente nuova, versione estesa della fisica delle relazioni Sole-Terra, e si occupa del tempo meteorologico dell’intera eliosfera, che non è determinato solamente dalla stella Sole, ma anche da fenomeni di alta energia che hanno luogo nella nostra galassia e in galassie esterne. Infatti il flusso e lo spettro energetico dei raggi cosmici è legato all’evoluzione delle popolazioni di supernove vicine e lontane, mentre i lampi di raggi gamma (Grb, gamma-ray burst) sono determinati ad esempio da processi che avvengono nelle stelle ipernove e in stelle con campi magnetici eccezionalmente intensi (magnetar). Lo studio di questi fenomeni è lungo e complesso ed è volto a costruire uno scenario sperimentale ed interpretativo del clima dello spazio (space climate), evoluzione a lungo termine dello space weather.
Ammonta a 48,5 miliardi di euro il costo giornaliero stimato di un blackout elettrico da space weather che interessi il 66 per cento della popolazione degli Stati Uniti d’America
Quest’ultimo viene monitorato mediante osservazioni da terra e dallo spazio, ma la rete osservativa non è, al momento attuale, sufficiente per fornire una copertura globale dei fenomeni con il livello di dettaglio necessario. Questo influenza anche lo sviluppo di modelli operativi consolidati per la previsione delle perturbazioni e per molti fenomeni è necessario limitarsi all’osservazione istantanea (nowcasting), mentre la previsione (forecasting) del ciclo di attività solare, dei brillamenti e delle Cme è ancora prototipale, nonostante i raffinati metodi utilizzati, basati su osservazioni a lungo periodo e reti neurali artificiali.
Il coinvolgimento dell’Istituto nazionale di astrofisica
L’Inaf possiede competenze modellistiche e infrastrutture osservative che contribuiscono da molti anni all’avanzamento dell’interpretazione dei fenomeni di space weather e al loro monitoraggio. L’Osservatorio astrofisico di Catania effettua giornalmente immagini solari ad alta risoluzione, mentre l’Istituto di astrofisica e planetologia spaziali gestisce le misure del monitor di neutroni Svirco, partecipando alla rete di Space Situational Awareness (Ssa) dell’Agenzia spaziale europea (Esa). Inoltre lo Iaps ha la responsabilità scientifica del nodo della rete internazionale Superdarn (Super Dual Aurora Radar Network), che si trova in Antartide a Dome C e rileva in tempo quasi-reale le condizioni fisiche della Ionosfera. Infine, di recente il radiotelescopio con parabola da 32 m di Medicina ha prodotto le prime immagini del Sole radio a 24 GHz, cui seguiranno quelle del Sardinia Radio Telescope e della stazione radio Inaf di Noto in Sicilia, a formare una rete osservativa integrata per il solar radio weather nelle finestre temporali disponibili.
L’autore: Mauro Messerotti è ricercatore Inaf all’Osservatorio astronomico di Trieste e senior advisor dell’Inaf per lo space weather.
Per approfondire, puoi leggere il Journal of Space Weather and Space Climate, la rivista scientifica europea di cui Messerotti è co-fondatore e membro del comitato di redazione. È una rivista open source e contiene molte informazioni anche divulgative.
Su Media Inaf potrai trovare, mano a mano che verranno pubblicate, tutte le schede della rubrica dedicata a Voci e domande dell’astrofisica, scritte dalle ricercatrici e dai ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica.