Un gruppo di ricerca di Graz ha studiato come simulare le tempeste solari per consentire una previsione più accurata dei loro effetti sulla Terra. Il loro lavoro ha fornito un modello più accurato per simulare le tempeste solari in tempo reale.

Il sole è una stella estremamente attiva che ha un impatto sui pianeti del sistema solare in molti modi diversi. Uno degli effetti più visibili è l'aurora boreale. Queste aurore boreali sono causate dal vento solare, cioè un flusso costante di protoni ed elettroni emessi dal sole, che interagisce con il campo magnetico terrestre e provoca i colorati effetti di luce. In circostanze normali, il campo magnetico terrestre protegge in gran parte il pianeta dal vento solare, ma a volte, enormi bagliori eruttano sul sole, scagliare nello spazio una grande quantità di materiale caldo in un tempo relativamente breve. Questo materiale colpisce la Terra pochi giorni dopo come una tempesta solare, che possono danneggiare i satelliti, interrompere la navigazione GPS o addirittura causare interruzioni di corrente. Che cosa, Esattamente, è coinvolto in questi eventi è ancora in gran parte sconosciuto, ecco perché diverse sonde spaziali portano a bordo strumenti per registrare le tempeste solari dallo spazio.

Un gruppo di ricerca guidato dall'astrofisico Christian Möstl dell'Istituto di ricerca spaziale dell'Accademia austriaca delle scienze di Graz sta lavorando a una serie di progetti finanziati dall'Austrian Science Fund FWF per modellare le tempeste solari e i loro effetti sulla Terra in tempo reale, rendendo così possibile prevedere tali eventi estremi con maggiore precisione. In un progetto completato nel 2019, un team guidato da Möstl ha sviluppato un modello particolarmente dettagliato per la propagazione delle tempeste solari.

Forma ellittica

"L'obiettivo è inequivocabile:vogliamo prevedere le tempeste solari, " dice Christian Möstl. "Ci sono diverse sonde spaziali in grado di seguire le tempeste solari a una certa distanza dalla Terra. Negli anni '90, la sonda SOHO è stata la prima a effettuare tali registrazioni, oggi c'è anche la Parker Solar Probe e altre due sonde chiamate STEREO." Tutte queste sonde si muovono dentro o vicino all'eclittica, il piano in cui i pianeti orbitano intorno al sole. Come appaiono le tempeste dall'esterno di questo piano non può essere accertato con le attuali sonde. I modelli devono lavorare sulla base di ipotesi il più realistiche possibile. "I modelli precedenti assumevano una struttura puntiforme o circolare, ma non è realistico, " nota Möstl. "In un progetto precedente, abbiamo sostituito i cerchi con archi circolari. Nel recente progetto abbiamo fatto il passo successivo e abbiamo utilizzato una forma ellittica".

Per aumentare ulteriormente la precisione, Il team di Möstl ha aggiunto una serie di effetti al modello. Il vento solare di solito ha una velocità inferiore alle tempeste solari e le rallenta. "Le tempeste solari reagiscono fortemente al vento solare, " Spiega Möstl. "Il nostro nuovo modello è il primo a combinare le osservazioni grandangolari di STEREO con l'effetto di trascinamento creato dal vento solare".

Simulazione in tempo reale

Il modello ha la particolarità di poter produrre previsioni in tempo reale non appena sono disponibili dati idonei. Tali dati potrebbero essere forniti a metà del 2020 da una missione satellitare programmata dell'ESA, nel ruolo di Tanja Amerstorfer, un membro del team di progetto, sottolinea:"Non si tratta di riprodurre gli effetti retroattivamente, ma di avere uno strumento che possiamo usare in tempo reale." Di norma, le tempeste solari impiegano quattro o cinque giorni per raggiungere la Terra. "La velocità record è di 14 ore, " dice Amerstorfer, abbastanza tempo per un sistema di allarme rapido. Al momento c'è, però, nessun organismo ufficiale per prevedere quando le tempeste solari colpiranno la Terra. "C'è un sito web dove gruppi di ricerca come noi possono scommettere sull'orario di arrivo, " dice Möstl. Nel 2011 hanno partecipato e vinto, ma rende molto chiaro che questo non è un serio sistema di allarme.

Di conseguenza, manca ancora un sistema di allarme rapido funzionante. "Ci sono state diverse tempeste solari nella storia che oggi causerebbero grandi danni, " dice Amerstorfer. L'ultimo grande evento di questo tipo è stato nel 1989 in Quebec, dove ha comportato interruzioni di corrente. Nel 1859 e nel 1921 tempeste solari ancora più grandi colpirono la terra. A quel tempo, le luci polari erano visibili anche alle medie latitudini, per esempio a Roma. Le linee telegrafiche furono danneggiate da quell'evento. Sull'infrastruttura odierna, tali eventi avrebbero effetti devastanti. "Gli Stati Uniti e la Gran Bretagna hanno incluso questo scenario nei loro piani nazionali di emergenza, " riporta Amerstorfer. Nel 2012, una tempesta solare dell'ordine di grandezza dell'evento del 1859 mancò di poco la Terra, per inciso.

Il campo magnetico come problema

Möstl e Amerstorfer sottolineano che c'è ancora molto da fare prima di poter istituire un sistema di allarme affidabile. L'errore nella stima dell'orario di arrivo è attualmente al massimo intorno alle dieci ore. Secondo Möstl, il più grande problema irrisolto è il campo magnetico nelle tempeste solari. "Sappiamo che questi campi assumono la forma di grandi, i cosiddetti "tubi di flusso" curvi. Ma possiamo solo ipotizzare come esattamente sia configurato il campo in questi tubi. Sarà importante conoscere la natura del campo magnetico in una tempesta solare".

Secondo Möstl, questo è importante quanto la dimensione della tempesta:"La direzione del campo magnetico funziona come un interruttore. Se il campo magnetico della tempesta ha l'orientamento opposto a quello della Terra, trasferirà molta più energia al campo magnetico terrestre che se avesse lo stesso orientamento." Anche la velocità gioca un ruolo importante:un breve, la tempesta veloce ha un effetto più forte di una più lenta, uno più lungo. Inoltre, le tempeste solari spesso non si verificano come un singolo evento, ma possono immediatamente susseguirsi e interagire tra loro.

Simula l'intera catena di effetti

Nei successivi progetti FWF, il gruppo di ricerca di Graz sta ora lavorando su diversi aspetti del problema per costruire un'intera catena di simulazioni. "Vogliamo unire tutto in un unico modello, dall'eruzione della tempesta solare agli effetti sulla Terra, le aurore e le correnti nel terreno. questo è l'obiettivo, " dice Möstl.