Il Sole torna a farsi sentire: la prima intensa tempesta del nuovo ciclo
Lo studio di tempeste magnetiche fornisce importanti informazioni relative alla dinamica dello spazio circumterrestre e degli effetti che possono ripercuotersi sulle attività umane: l’esempio della tempesta solare del 2 novembre 2021
di Mauro Regi, Loredana Perrone, Luca Spogli e Alfredo Del Corpo
Solo apparentemente e ad occhio nudo il Sole sembra lo stesso immutabile corpo celeste. Oggi sappiamo bene che in realtà la nostra stella manifesta una ciclica attività riscontrabile ad esempio dal numero di macchie solari presenti nell’atmosfera visibile del Sole (la fotosfera): maggiore è questo numero maggiore è l’attività. Questi mutamenti ciclici, che avvengono con una cadenza undecennale, hanno un impatto non trascurabile sull’ambiente circumterrestre, con conseguenze ancora non del tutto note.
Cicli solari dal 20esimo all’attuale 25esimo (1963-2022): il numero di macchie solari giornaliero (curve in grigio) e quello medio su 365 giorni (curva in nero). La separazione media tra due massimi adiacenti è di circa 11 anni (in alto). Crediti dell’immagine Mauro Regi, dati forniti da CDAWeb . Il Sole dal 2010 al 2020 (ciclo solare 24-esimo) osservato nell’estremo ultravioletto dal satellite Europeo PROBA2 (in basso): le macchie solari corrispondono alle regioni di intensità maggiore. Crediti: Dan Seaton/European Space Agency (Collage by NOAA/JPL-Caltech)
Il Sole emette continuamente radiazioni e particelle nello spazio. A volte le emissioni sono particolarmente intense e trasportano un’enorme quantità di particelle cariche che viaggiano a velocità supersoniche. Questi eventi sono conosciuti come tempeste solari. Tipicamente assistiamo ad un aumento nel numero e nell’intensità di tempeste solari nei periodi di massimo (molte macchie solari), sebbene non siano del tutto assenti anche durante le fasi di minimo di attività (macchie solari poche o assenti).
Il campo magnetico terrestre ci scherma da gran parte delle particelle emesse normalmente dal Sole. Tuttavia, proprio a causa si una tempesta solare può accadere che si abbia una riconfigurazione del campo magnetico terrestre tale da permettere alle particelle di penetrare al suo interno con facilità.
Le tempeste solari inducono così perturbazioni nello spazio circumterrestre. Si parla in questo caso di tempeste geomagnetiche.
Gli effetti della tempesta del 3 Novembre 2021 sulla Terra
Gli effetti di queste perturbazioni sull’ambiente in cui viviamo possono essere di diverso tipo: un esempio sono le splendide aurore polari che tutti conosciamo. Ma effetti delle perturbazione di origine solare sono anche i disturbi alle comunicazioni radio e alla navigazione satellitare. In particolari condizioni fisiche il campo magnetico del nostro pianeta risponde alle sollecitazioni esterne attivando o intensificando drasticamente un sistema di correnti elettriche, esistenti anche in condizioni normali. L’accresciuta attività geomagnetica può così indurre correnti elettriche nel sottosuolo capaci di danneggiare impianti di distribuzione di energia elettrica e persino le lunghe condutture (gasdotti o altro), ove si inducono correnti elettriche che possono corrodere le strutture stesse.
Gli effetti di una sollecitazione importante da parte del Sole sono visibili e più efficaci alle alte latitudini. Nel caso di forti tempeste magnetiche però gli effetti si amplificano fino a diventare rilevanti anche alle nostre latitudini.
Riscaldamento della ionosfera nell’emisfero nord durante i giorni della tempesta geomagnetica (in alto), stimato mediante modello W05 (A1,A2); variazione del campo magnetico registrato presso l’osservatorio di Duronia (CB) (in basso). Crediti dell’immagine: Mauro Regi.
L’impatto di una tempesta solare sulla Terra e sulla nostra tecnologia potrebbe essere non trascurabile. E’ quindi di fondamentale importanza lo studio di questi fenomeni per migliorare i modelli di previsione utilizzati dai servizi informativi che hanno il compito di comunicare agli enti preposti (come l’aviazione civile) gli eventi di particolare rilevanza nell’ambito della nuova disciplina della meteorologia spaziale (space weather).
In questo quadro, l’evento verificatosi agli inizi di Novembre 2021, durante la fase iniziale del nuovo ciclo solare, il 25-esimo da quando vengono numerate, ancora in prossimità di un periodo di minimo di attività solare, ha suscitato l’interesse di alcuni ricercatori INGV. L’evento, per intensità, è risultato piuttosto inaspettato, presentandosi dopo circa 2 anni di bassissima attività solare. L’occasione ha spinto il team a studiare nel dettaglio gli effetti da esso prodotto nello spazio circumterrestre.
(A sinistra) Brillamento solare del 2 Novembre 2021 al suo massimo di intensità osservato dal telescopio solare SDO. L’immagine a sinistra in falsi colori nell’UV mostra diverse regioni attive sul sole (regioni più chiare) (Animazione completa qui, credit SDO/NASA/AIA, per ulteriori dettagli visita il sito qui). (A destra) Il gas ionizzato espulso verso lo spazio interplanetario ripreso dal satellite SOHO dopo circa 3 ore dal massimo di intensità del brillamento (Animazione completa qui, credits SOHO/NASA, visita il sito qui).
I ricercatori INGV, impegnati costantemente nel monitoraggio dell’attività geomagnetica e ionosferica, hanno notato il 4 novembre 2021 interessanti variazioni di alcuni dei parametri caratteristici dell’alta atmosfera a seguito del brillamento solare del 2 novembre.
L’impatto dell’evento è stato registrato sia dalla strumentazione su satelliti che da quelli installati a terra. Gli effetti più rilevanti osservati riguardano l’importante variazione del contenuto di plasma nella ionosfera e nella plasmasfera.
La plasmasfera è quella regione dello spazio che circonda la Terra formata da gas totalmente ionizzato. Può essere a tutti gli effetti considerata una estensione della ionosfera e con essa scambia continuamente particelle. Può estendersi fino ad oltre 6 raggi terrestri, ma le sue dimensioni cambiano notevolmente durante una tempesta geomagnetica. Nella tempesta in esame, ad esempio, la sua dimensione si è ridotta a circa 2 raggi terrestri.
L’impatto della tempesta sulla ionosfera è stato osservato praticamente in tutti i punti della Terra analizzati. Nella figura seguente è riportato il confronto tra 2 stazioni di osservazione, in Nord America e in Europa. Come è evidente nella figura in corrispondenza della medesima ora, in entrambi i casi lo strato più esterno della ionosfera ha subito uno spostamento verso l’alto.
L’effetto della tempesta solare sulla ionosfera durante il 3 Novembre 2021: sia nel settore americano che in quello europeo, si è verificata una espansione della ionosfera testimoniata dall’ aumento dell’altezza dello strato più alto della ionosfera, dove la concentrazione degli elettroni è maggiore. A partire dalle ore 22 circa i valori osservati (curva nera) sono molto maggiori di quelli aspettati (curva verde).
L’impatto però registrato a terra è risultato essere molto differente. Mentre in Nord America infatti la tempesta ha portato ad una diminuzione della densità elettronica con possibili ripercussioni nelle comunicazioni radio, in Europa lo stesso effetto non è stato osservato. Il diverso comportamento è stato spiegato dagli studiosi come dovuto alla diversa distanza delle due località (che si trovano alla stessa latitudine geografica) dalla posizione dinamica del polo magnetico anche in relazione al disturbo esterno.
E’ quindi chiaro a questo punto quanto importanti siano questo tipo di analisi. Il team INGV che ha partecipato a questo studio è costituito da ricercatori con campi di competenza diversa ma complementare, che ha consentito di effettuare uno studio sotto diversi punti di vista dell’evento che ha aperto il nuovo ciclo solare 25.
Lo studio ha confermato che la dinamica dello spazio circumterrestre, ed in particolare dello scambio di particelle tra ionosfera e plasmasfera, assume grande rilevanza nell’ambito della meteorologia spaziale. I fenomeni studiati fanno parte di un complesso sistema che si innesca su larga scala a seguito di sollecitazioni solari e che può avere importanti ripercussioni sulle attività umane. Per questo motivo devono essere costantemente monitorati e studiati.
Gli studi sono stati pubblicati qui.