L’intelligenza artificiale al servizio della meteorologia spaziale
La NASA ha in questi giorni annunciato la realizzazione di un nuovo modello di previsione nell’ambito della Meteorologia Spaziale (Space Weather in inglese). Analogamente a quello che succede per le previsioni meteorologiche, quelle in ambito spaziale prevedono le condizioni nello spazio dettate dall’attività solare. In particolare il sistema annunciato dalla NASA sarebbe in grado di prevedere l’impatto delle tempeste solari sulla Terra con 30 minuti di anticipo (NASA could only give a 30-minute warning before a killer solar storm hits Earth | Daily Mail Online). Lo scalpore della notizia risiede nel fatto che il sistema si basa sull’Intelligenza artificiale, che prevederebbe con anticipo situazioni potenzialmente critiche per il nostro pianeta.
Quali rischi corriamo?
Alcuni quotidiani come il Daily Mail hanno rilanciato l’annuncio della NASA, immaginando scenari catastrofici che solo in parte si riferiscono a pericoli reali. Le tempeste solari, infatti, possono innescare dei disturbi sul campo geomagnetico e sull’atmosfera superiore, in particolare ionosfera e termosfera (sopra i 50 km dalla superficie terrestre), che a loro volta provocano effetti di disturbo sulla propagazione delle onde radio e generano sistemi di correnti indotte. Questi fenomeni mettono a rischio diverse tecnologie dalle quali la società moderna ormai dipende diffusamente.
In caso in cui si scateni una tempesta geomagnetica i rischi più comuni che si potrebbero riscontrare sono blackout dei generatori elettrici dovuti alle correnti geomagnetiche indotte (GIC), interruzioni e disservizi dei sistemi di telecomunicazione in alta frequenza (HF) e disservizi nei sistemi di navigazione e posizionamento satellitare (GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou, ecc.).
Meno frequenti, ma con impatti economici devastanti, sono gli eventi che creano malfunzionamenti o, addirittura, perdita di controllo dei satelliti, come l’incidente avvenuto a febbraio del 2022 che ha causato la perdita di 38 satelliti della costellazione Starlink con conseguente ammanco di decine di milioni di dollari. In quel caso l’incidente è stato provocato da una tempesta geomagnetica di modesta intensità, a dimostrazione del fatto che la nostra società, sempre più dipendente dalla tecnologia è, quindi, sempre più esposta ai rischi indotti da condizioni avverse della meteorologia spaziale.
L’Intelligenza artificiale è tra noi
L’Intelligenza Artificiale (AI dal termine inglese) permette di dotare macchine e software di caratteristiche tipiche degli esseri umani come la percezione dello spazio e del tempo o la capacità di prendere decisioni sulla base delle informazioni disponibili. Recentemente si parla diffusamente di AI, anche grazie a serie tv e film di successo, ma l’Intelligenza Artificiale nasce nell’ormai lontano 1956 con l’avvento dei computer. L’AI viene già utilizzata in diversi campi e, contrariamente ad una certa narrazione (non esperta), in tante applicazioni rappresenta una formidabile risorsa di ricerca e sviluppo.
Uno di questi ambiti è la meteorologia spaziale, la disciplina che si prefigge di monitorare, prevedere e mitigare le condizioni del Sole, del vento solare, della magnetosfera, della ionosfera e della termosfera. Sono questi i fattori che possono influenzare il rendimento e l’affidabilità dei sistemi tecnologici, e che possono mettere in pericolo la vita o la salute dell’uomo.
In questo contesto l’AI utilizza dati raccolti da strumentazione posta a terra e/o a bordo di satelliti per sviluppare dei software in grado di prevedere gli effetti di disturbo sulla Terra e sullo spazio che la circonda e permettere di attivare l’allerta affinché gli utenti delle tecnologie più vulnerabili possano essere avvisati dei rischi imminenti.
L’Intelligenza Artificiale e il contributo INGV
Il modello della NASA si aggiunge agli strumenti di previsione ed allerta di eventi di space weather già sviluppati dalla comunità scientifica in tutto il mondo. Questi strumenti, anche se non nuovi, stanno vivendo oggi la loro epoca d’oro.
In questo contesto l’INGV occupa un posto di primo piano con la progettazione, la realizzazione e lo sviluppo di modelli predittivi dell’impatto sulla ionosfera delle tempeste solari.
Un recente lavoro, guidato dall’INGV, ad esempio, introduce un modello del contenuto di elettroni nella ionosfera (contenuto elettronico totale, TEC) basato su tecniche AI che fornisce una previsione dell’impatto di una tempesta sul contenuto elettronico con 24 ore di anticipo. Variazioni rapide ed intense del TEC rappresentano infatti una minaccia ai sistemi di navigazione e posizionamento satellitare ed è per questo che le competenze dell’INGV, dal geomagnetismo alla fisica dell’alta atmosfera, vengono richieste a livello internazionale per supportare i centri di previsione, allerta, monitoraggio e mitigazione della meteorologia spaziale. Tra questi citiamo PECASUS, IPS (Ionosphere Prediction Service), SWESNET (Expert Service Centres and the Space Weather Coordination Centre). Questi Centri si rivolgono soprattutto a fornitori di servizio, come l’ICAO, International Civil Aviation Organization che stabilisce protocolli standard da adottare per la sicurezza in volo, o come decisori politici o mondo produttivo che investono su tecnologie vulnerabili allo space weather.
Per approfondire
articolo scientifico sul modello Global Geomagnetic Perturbation Forecasting Using Deep Learning – Upendran – 2022 – Space Weather – Wiley Online Library)
The Challenge of Machine Learning in Space Weather: Nowcasting and Forecasting