In connessione con violente eruzioni solari, grandi variazioni si verificano nella densità elettronica nella ionosfera sopra la Groenlandia, che interferisce con i segnali di navigazione GPH e con le comunicazioni di volo e satellitari. La figura (a destra) mostra una grande densità di elettroni in rosso e una piccola densità in blu. Questo fenomeno dà luogo ad elevate velocità degli elettroni nella ionosfera, superiore a 1, 000 metri al secondo (a sinistra) e provocando violente esplosioni di energia. Per la prima volta in assoluto, i ricercatori di DTU hanno dimostrato il fenomeno che non può ancora essere spiegato. Credito:DTU Space
Le eruzioni sulla superficie del Sole inviano nuvole di particelle caricate elettricamente verso la Terra, producendo tempeste solari che, tra le altre cose, possono innescare la bellissima aurora boreale sulle regioni artiche.
Ma le tempeste possono anche avere un forte impatto sull'efficienza dei sistemi di comunicazione e navigazione alle alte latitudini. È quindi importante studiare i fenomeni.
Nuova ricerca del DTU Space e dell'Università del New Brunswick (Prof. Richard Langley), Il Jet Propulsion Laboratory della NASA (Dott. Attila Komjathy) e l'Università dell'Illinois (Dr. Mark D. Butala) mostrano che, apparentemente, c'è un meccanismo sorprendente e sconosciuto in gioco durante le tempeste solari. Durante le tempeste solari, grandi esplosioni di elettroni vengono solitamente inviate nella parte dell'atmosfera terrestre chiamata ionosfera, che inizia a circa 80 chilometri sopra la Terra.
Questo fenomeno si verifica soprattutto alle alte latitudini. Succede perché il campo magnetico creato dall'eruzione del Sole interferisce con il campo magnetico terrestre. Si apre, per così dire, fino a permettere a particelle ed elettroni, che altrimenti verrebbero riflessi, di penetrare nella ionosfera.
È un fenomeno noto. Ma si scopre che gli elettroni allo stesso tempo scompaiono da vaste aree, che non è stato dimostrato in precedenza.
"Abbiamo effettuato ampie misurazioni in relazione a una specifica tempesta solare sull'Artico nel 2014, e qui abbiamo scoperto che gli elettroni in grandi quantità vengono virtualmente ripuliti con l'aspirapolvere da aree che si estendono da 500 a 1, 000 chilometri. Si svolge appena a sud di un'area con forti aumenti della densità elettronica, noto come patch, " afferma il professor Per Høeg di DTU Space.
I risultati della ricerca sono stati recentemente pubblicati sulla prima pagina della rinomata rivista scientifica Scienza radiofonica . La scoperta è un pezzo importante nel puzzle della comprensione delle tempeste solari e del loro impatto sulla ionosfera terrestre.
L'aurora boreale è stata fotografata dalla Stazione Spaziale Internazionale, ISS. Credito:ESA
È una scoperta sorprendente che non avevamo previsto. Possiamo vedere che succede, ma non sappiamo perché. Però, altri set di dati dal Canada supportano indirettamente le nostre nuove osservazioni, "dice Per Høeg.
Cambiamenti drammatici nel campo magnetico
La spiegazione del fenomeno dovrebbe probabilmente essere trovata nei processi geomagnetici nel campo magnetico terrestre in una direzione lontana dal Sole. La composizione del campo magnetico subisce cambiamenti drammatici nell'area tra il vento solare e il campo magnetico terrestre, innescando potenti esplosioni di energia.
"Il precursore del fenomeno è una violenta eruzione sulla superficie del Sole, nota anche come espulsioni di massa coronale o CME, dove bolle di plasma caldo e gas sotto forma di particelle, elettroni, e un campo magnetico viene scagliato in direzione della Terra, "dice Per Høeg.
Quando la tempesta solare geomagnetica ha avuto luogo nella ionosfera sopra l'Artico nel febbraio 2014, è stato misurato tramite satelliti e stazioni di misurazione terrestri. Tra l'altro, tramite la rete GPS GNET in Groenlandia, che DTU aiuta a gestire, tramite le stazioni di misurazione geomagnetica di DTU, il sistema di navigazione globale GPS, e vari satelliti americani e canadesi. Così, sono stati registrati grandi volumi di dati dalla tempesta solare.
La ricerca va ben oltre la scoperta che gli elettroni vengono estratti durante le tempeste solari. Tibor Durgonics, Studente di dottorato presso DTU Space e autore principale del nuovo articolo in Scienza radiofonica :
"Ci sono due aspetti di questa ricerca. Può essere utilizzato entrambi per una serie di scopi pratici, e poi c'è una parte teorica che riguarda il raggiungimento di una migliore comprensione di base di questi fenomeni.
L'aurora boreale è stata fotografata dalla Stazione Spaziale Internazionale, ISS. Credito:ESA
"Il nostro lavoro può contribuire a rendere la navigazione più affidabile durante le tempeste ionosferiche nella regione artica. La nostra nuova ricerca ci ha permesso di identificare una serie di fattori critici che influenzano la qualità della navigazione satellitare, e per valutare la probabilità di quando questi fattori possono verificarsi. A un livello più teorico, abbiamo scoperto che durante le tempeste solari, gli elettroni vengono rimossi nella ionosfera, che è l'opposto di quello che intuitivamente ti aspetteresti."
Quando il campo magnetico delle eruzioni solari colpisce il campo magnetico terrestre nella ionosfera, i loro campi di forza sono misti. Di conseguenza, nella ionosfera terrestre si creano aree instabili, le cosiddette patch, estendendosi su vaste aree vicino al Polo Nord. L'area delle macchie sulla calotta polare può estendersi da 500 a 1, 000 chilometri con velocità degli elettroni superiori a 1, 000 metri al secondo. Ciò dà origine a potenti aurore boreali in aumento e crea condizioni turbolente.
Interferisce con i sistemi di navigazione e comunicazione
La conoscenza delle tempeste solari è importante, poiché la comunicazione con i segnali aerei via satellite e radio svolge un ruolo sempre più importante nella società. Le tempeste solari possono interferire con i satelliti GPS e i loro segnali, far fallire la comunicazione radio, e causare estese interruzioni di corrente.
Il rischio di interruzioni nella ionosfera è uno dei motivi per cui non vengono effettuati voli di routine sull'Artico, anche se ciò ridurrebbe i viaggi aerei tra Europa e America. I segnali ad alta frequenza utilizzati dai voli commerciali sulla Groenlandia saranno soggetti a interferenze durante le tempeste solari. La capacità di prevedere e prendere in considerazione questo tipo di condizioni è quindi importante per il futuro traffico aereo commerciale nella regione. Lo stesso vale per il traffico marittimo nell'Artico.
Il professor Per Høeg spera che il lavoro condotto presso DTU Space, oltre a garantire una maggiore conoscenza del fenomeno, contribuirà allo sviluppo di sistemi di comunicazione e navigazione in grado di tenere conto delle condizioni durante le tempeste solari per garantire voli e navigazione sicuri nell'area polare aree del cappuccio.
DTU Space sta attualmente partecipando a diversi progetti di ricerca nell'ambito dell'ESA e del programma Horizon 2020 dell'UE che sviluppano sistemi in grado di gestire le condizioni durante le condizioni meteorologiche spaziali e le tempeste solari per il traffico aereo e marittimo, tra l'altro.
