10 maggio 2024: la più forte tempesta magnetica degli ultimi vent’anni

La notte tra il 10 e l’11 maggio 2024 sembrava una notte come tante altre. All’improvviso, il cielo si è illuminato di colori straordinari. Non è una scena tratta da un film di fantascienza, ma la realtà di quella notte, quando una intensa tempesta magnetica ha regalato ai più fortunati uno spettacolo mozzafiato

di Igino Coco e Roberta Tozzi

Spettatori in tutto il mondo

In quella notte molto particolare, bagliori diffusi con tonalità di rosso e violetto sono stati avvistati in vari punti del nostro Paese. Dalle Alpi alle coste adriatiche, passando per le colline toscane e persino nelle pianure del nord. Un evento che ha reso speciale la serata di molti di noi, non avvezzi ad assistere a spettacoli di questo tipo, più familiari a chi vive nei paesi alle alte latitudini.

Al fenomeno luminoso hanno assistito milioni di persone, e non solo in Italia. 

Un gruppo di fisici spaziali statunitensi, Space Weather Watch, ha riportato su una mappa i luoghi da cui sono arrivate segnalazioni di avvistamenti di questo evento.

La bassa latitudine degli avvistamenti e la loro intensità fa collocare questa tempesta tra quelle che hanno avuto le più grandi manifestazioni luminose addirittura degli ultimi 500 anni!

Il fenomeno ha colorato il cielo notturno con avvistamenti in tutta Europa fino all’estremo sud di Cipro, in Portogallo e in Spagna. Segnalazioni sono giunte anche dall’Algeria, e dalle Isole Canarie.  

Nel Nord America riprese e fotografie dello spettacolo luminoso sono arrivate dalla Florida, dal Messico, dalle Bahamas e da Porto Rico, fino alle Hawaii. 

Ma anche dall’emisfero australe sono arrivate molte segnalazioni dalla Nuova Zelanda, dal Cile, Argentina, Sud Africa e Uruguay, Namibia Australia, per non parlare del continente antartico, popolato, in questo periodo, solo dai ricercatori che trascorrono i sei mesi invernali di buio permanente.  

Cosa è successo?

Tutto è cominciato quando, nella giornata dell’8 maggio, un flusso di particelle elettricamente cariche (espulsione di massa coronale, nota con l’acronimo CME) è partito dal Sole in direzione della Terra. Questa gran massa di particelle ha interagito con il campo magnetico terrestre, innescando una forte  tempesta magnetica, fenomeno che registriamo a terra come variazioni notevoli dell’intensità del campo magnetico che ci circonda.

La tempesta del 10 maggio è stata la seconda più intensa del XXI secolo, e sicuramente una delle dieci tempeste più intense da quando registriamo questi fenomeni, ovvero da metà del XIX secolo. E’ stata talmente sorprendente che la comunità scientifica internazionale  ha già trovato un appellativo per identificarla: “The Mother’s day storm”, la tempesta della Festa della Mamma, che nel 2024 ricorre il 12 maggio. 

Aurora sì, aurora no? 

Oltre alla tempesta geomagnetica, la perturbazione proveniente dal Sole ha provocato i fenomeni luminosi di cui abbiamo parlato all’inizio. Sulla maggior parte dei media si è genericamente parlato di “aurore”, ma siamo sicuri che tutti quanti abbiamo assistito a una vera e propria aurora polare?

La risposta è: molto probabilmente no

Le aurore propriamente dette sono causate dalla precipitazione nell’alta atmosfera di particelle cariche provenienti dalle CME le quali, guidate dalla particolare geometria del campo magnetico terrestre, si concentrano in regioni concentriche rispetto ai poli magnetici, dette “ovali aurorali”. 

Nella figura seguente possiamo vedere come si è allargata l’area dove è più probabile osservare un’aurora (ovale aurorale, area rossa) nell’emisfero Nord durante la tempesta del 10 maggio. Poiché il polo Nord magnetico si trova nel Nord del Canada, questa area  si espande preferenzialmente verso l’America, mentre in Europa non va oltre le propaggini più meridionali della Scandinavia. 

Dato che l’aurora è prodotta dall’eccitazione degli atomi di azoto e ossigeno atmosferici a quote che vanno dai 60 ai 300 km circa, i fenomeni di aurora prodotti alle quote più alte possono essere stati visti da un po’ più lontano rispetto ai limiti dell’ovale aurorale, per esempio dal centro-Nord della Germania.  Difficilmente però le aurore possono essere state viste dal nostro paese. 

Cosa abbiamo visto allora?

Tutto farebbe pensare a un fenomeno che prende il nome di SAR (dall’inglese Stable Auroral Red arc). L’origine è sempre la perturbazione solare, ma non si tratta di particelle che precipitano dall’esterno. Una porzione delle particelle della CME viene intrappolata dal campo magnetico terrestre in una regione che  circonda la Terra nella fascia equatoriale e a media latitudine, ad alcune migliaia di chilometri dalla superficie. Qui si produce una corrente elettrica, detta “corrente ad anello”, che riesce a riscaldare soprattutto gli atomi di ossigeno che si trovano alle quote più alte dell’atmosfera, tra 300 e 400 km di quota. E’ proprio l’eccitazione dei livelli atomici dell’ossigeno a produrre il bagliore rossastro diffuso che abbiamo osservato alle nostre latitudini.

Cosa ha registrato l’INGV*? 

L’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia esegue il monitoraggio continuo delle condizioni del campo magnetico terrestre e della ionosfera su tutta la penisola italiana.

In particolare gli osservatori ionosferici controllano con continuità lo strato di atmosfera compreso tra i 60 e 1000 km di quota, dove la radiazione solare provoca la ionizzazione di una parte dell’ossigeno e dell’azoto. Lo stato della ionosfera è importante per la stabilità delle comunicazioni radio in banda HF e dei servizi GNSS (Global Navigation Satellite System).

Nel campo del geomagnetismo l’INGV gestisce tre osservatori magnetici dislocati a nord, al centro e al sud Italia, per la registrazione continua delle variazioni del campo magnetico terrestre. 

In occasione della tempesta del 10 maggio naturalmente la rete osservativa INGV ha registrato forti perturbazioni. 

Ad esempio, l’immagine riportata sotto mostra le variazioni osservate presso l’osservatorio geomagnetico di Castello Tesino (TN), il più a Nord di quelli presenti sul territorio italiano: la traccia blu rappresenta la misura dell’osservatorio, mentre la traccia rossa rappresenta un indice, chiamato Dst, che ricostruisce delle medie su un’ora delle variazioni del campo geomagnetico nella regione equatoriale.

La tempesta inizia con un brusco aumento del campo magnetico intorno alle 19 ora italiana del 10 maggio: è il momento in cui la CME arriva nei pressi della Terra e sbatte contro lo scudo costituito dal campo geomagnetico. Man mano che le particelle della CME vanno a popolare la corrente ad anello, per effetto di induzione il campo magnetico diminuisce (fase principale della tempesta). Quando la perturbazione solare passa oltre il nostro pianeta, piano piano il campo risale fino a tornare ai suoi valori di quiete dopo alcuni giorni (fase di recupero della tempesta).

Durante la tempesta le misure ci hanno mostrato che il disturbo è stato così intenso da far sparire la ionosfera. La densità di elettroni liberi era talmente bassa che di fatto quella regione era quasi indistinguibile dall’atmosfera neutra che si trova più sotto. 

Fortunatamente, nel caso della tempesta del 10 maggio,  la scomparsa della ionosfera è durata solo per poche ore. Ha avuto come conseguenza quella di impedire la propagazione delle onde radio su lunghe distanze.   

I nostri osservatori hanno registrato tutto questo. Nell’immagine seguente sono poste a confronto due mappe che descrivono in due momenti diversi il contenuto totale di elettroni nella ionosfera sull’Italia. La mappa a sinistra fotografa la situazione subito prima della tempesta (10 maggio 2024, a mezzogiorno) mentre  a destra la mappa descrive la situazione nel momento della sua massima intensità (11 maggio 2024,  a mezzogiorno). La scala di colori va dal rosso (molti elettroni liberi presenti nella ionosfera) al blu (pochi elettroni). 

Abbiamo corso dei pericoli?

In occasione di tempeste geomagnetiche di intensità pari o superiori a quella del giorno della Festa della Mamma, alcune delle nostre infrastrutture (ad esempio GPS, radio HF, rete elettrica) corrono il rischio di subire malfunzionamenti o anche danni permanenti come il collasso del sistema di trasmissione della corrente elettrica. 

Le segnalazioni più frequenti hanno riguardato principalmente l’avvistamento di fenomeni luminosi osservati nei cieli in varie parti del mondo. 

Sono state segnalate alcune irregolarità nella rete elettrica ma non sono stati riportati impatti significativi sulla popolazione. Un altro tipo di malfunzionamento segnalato è stato il blackout radio e il degrado della precisione del posizionamento fornito dal GPS.

Gli impatti più forti sono stati quelli registrati dai satelliti. Il satellite meteorologico stazionario GOES-16 ha subito alcune interruzioni del servizio, la più lunga durata circa 2 ore. Anche la flotta di satelliti Starlink in orbita bassa ha subito una degradazione del servizio a causa dell’intensità della tempesta, ma è rimasta comunque operativa.

La tempesta quindi, pur essendo molto intensa, non ha creato gravi danni. Ma tempeste forti nel passato che hanno creato danni ce ne sono state e ancora ce ne saranno. Abbiamo la necessità di prevedere questi eventi poiché la nostra tecnologia, dalla quale oggi dipendiamo enormemente, è fragile e vulnerabile di fronte a questi eventi .

Il nostro Paese, come tanti altri nel mondo, sta prendendo atto dell’importanza dello studio di questi fenomeni. Istituzioni, università ed enti di ricerca, INGV compreso, sono sempre più coinvolti in progetti nazionali e internazionali che vanno incontro a queste esigenze. Un primo passo verso la ricerca di soluzioni ai problemi che questi potenti eventi naturali, qui brevemente descritti, possono comportare.

*Gli autori ringraziano lo Space Weather Communication Working Group dell’INGV  per il materiale tecnico descrittivo della tempesta e in particolare il dr. Claudio Cesaroni per l’elaborazione delle mappe del Total Electron Content sopra l’Italia