Il sole è la più importante fonte di energia per sostenere la vita sulla Terra, ma ci dà molto di più della semplice luce e calore. Ci dà anche tempeste solari.

Disturbi del sole, come le espulsioni di massa coronale prodotte da brillamenti solari che emanano da regioni di macchie solari attive, può causare tempeste solari. I brillamenti solari e le espulsioni di massa coronale emettono nello spazio grandi quantità di radiazioni e particelle cariche.

Questi eventi possono danneggiare le comunicazioni e le infrastrutture elettriche della Terra, con conseguenti interruzioni di corrente e ridotta funzionalità del sistema. Satelliti, stazioni spaziali e astronauti, aviazione, GPS, reti elettriche e altro ancora possono essere interessati.

Man mano che la nostra civiltà diventa più avanzata, diventiamo più vulnerabili agli effetti delle tempeste solari. Ora, poiché l'attività del sole è in aumento, dobbiamo migliorare nel prevedere il tempo solare.

Molte persone ricordano ancora il crollo della rete elettrica canadese del Quebec il 13 marzo 1989, che durò nove ore e colpì sei milioni di persone. Ha causato centinaia di milioni di dollari di danni e mancati guadagni. Questo blackout è stato causato dalle tempeste solari.

L'evento di Carrington, chiamato per l'astronomo dilettante che lo ha registrato, fu un'altra potente tempesta solare avvenuta nel settembre 1859. La tecnologia all'avanguardia nel 1859 era limitata ai telegrafi elettrici, e la maggior parte di quelli falliti in tutta Europa e Nord America, in alcuni casi dando ai propri operatori scosse elettriche.

In questi giorni, dipendiamo molto di più dalla tecnologia, che è a sua volta sempre più vulnerabile agli effetti dello spazio e ai suoi unici disastri naturali.

Radiazione spaziale

Lo spazio è vasto, freddo, buio e inondato di radiazioni. Le radiazioni nello spazio provengono principalmente dalla radiazione cosmica galattica - particelle ad alta energia espulse da altre galassie - e dagli eventi di particelle solari - particelle ad alta energia dal nostro sole.

Nella radiazione spaziale, gli atomi vengono accelerati nello spazio interstellare a velocità prossime a quella della luce. Infine, gli elettroni vengono strappati e rimane solo il nucleo caricato positivamente.

Gli esseri umani osservano e contano le macchie solari da più di 400 anni, rendendo questo l'esperimento più longevo al mondo. Il sole ha un ciclo di macchie solari di 11 anni, e al momento, siamo nel mezzo di quel ciclo. Ora si sta avvicinando al "massimo solare, " dove si verifica la maggiore attività solare. Il prossimo massimo solare dovrebbe iniziare nel 2025.

La gente ha familiarità con l'aurora boreale, che è un effetto visibile della radiazione solare. Il campo magnetico terrestre, che ci protegge dalla maggior parte dei pericoli delle radiazioni spaziali, dirige le particelle cariche ai poli, dove entrano nella nostra atmosfera e provocano splendidi giochi di luce.

Ma le radiazioni possono anche avere un impatto sulla tecnologia e sulle persone. Durante forti tempeste di radiazione solare, i protoni energetici possono danneggiare i circuiti elettronici all'interno dei satelliti e il DNA biologico degli astronauti. I passeggeri e l'equipaggio che sorvolano il polo nord sarebbero esposti a un aumento delle radiazioni.

Queste tempeste di radiazioni possono creare errori che rendono estremamente difficili le operazioni di navigazione. I protoni energetici possono anche ionizzare gli atomi e le molecole nell'atmosfera, creando uno strato di elettroni liberi. Questo strato può assorbire onde radio ad alta frequenza, causando un blackout delle comunicazioni ad alta frequenza, nota anche come radio a onde corte.

Con la nostra crescente dipendenza dalla tecnologia, prevedere il tempo nello spazio è fondamentale. Però, prevedere accuratamente il tempo spaziale è stato a lungo un problema impegnativo per gli esperti.

Prevedere il tempo spaziale

Comprendere la complessità delle macchie solari ci aiuterà a prevedere se possono verificarsi eruzioni solari significative. I miei colleghi e io abbiamo sviluppato un sistema informatico automatizzato in tempo reale che utilizza l'elaborazione delle immagini e le tecnologie di intelligenza artificiale per monitorare e analizzare i dati del satellite solare. Ciò aiuta a prevedere la probabilità di eruzioni solari nelle prossime 24 ore.

Abbiamo aperto la strada a nuove tecniche per l'elaborazione automatica, rilevamento ed estrazione di caratteristiche solari, come regioni attive e macchie solari, catturate dal satellite dell'osservatorio sulla dinamica solare della Nasa. Abbiamo anche introdotto il primo sistema automatizzato e in tempo reale per classificare le macchie solari. Prima di questo, la classificazione delle macchie solari era un processo manuale svolto scrupolosamente da esperti.

Le missioni spaziali e gli astronauti hanno molte più probabilità di essere colpiti dalle radiazioni, perché non sono protetti dal campo magnetico terrestre. Gli effetti sugli esseri umani potrebbero includere malattie da radiazioni, aumento del rischio di cancro, malattie degenerative ed effetti sul sistema nervoso centrale.

Nonostante questi rischi, le attività umane e robotiche stanno aumentando nello spazio e la Nasa sta lavorando per far atterrare umani su Marte entro il 2030. Ci sono due rover, Curiosity e Perseverance, e un lander attualmente operativo su Marte, con un altro rover previsto per il lancio nel 2022.

Il nostro sistema di previsione del tempo spaziale è pubblicamente disponibile, ed è ora utilizzato come uno degli strumenti decisionali per le missioni robotiche della Nasa e per gestire gli effetti delle radiazioni sull'orbita dell'osservatorio a raggi X Chandra della NASA.

Mentre continuiamo ad avventurarci ulteriormente nello spazio, avremo bisogno di rafforzare le nostre attuali capacità di previsione del tempo spaziale per costruire un quadro più ampio dell'attività solare e mitigare i suoi effetti intorno al sistema solare.

Questo compito è incredibilmente impegnativo, poiché la maggior parte delle osservazioni solari viene presa per il campo visivo della Terra. È necessaria una migliore modellazione e indagine dell'evoluzione delle caratteristiche solari per adattarsi alle orbite celesti drasticamente diverse intorno al sole.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.