Poco dopo le 4 del mattino su un croccante, sereno mattino di settembre del 1859, il cielo sopra quello che è attualmente il Colorado ha eruttato in vivaci colori rosso e verde. Ingannato dalla luminosità nel pensare che fosse un'alba presto, i minatori della corsa all'oro nella regione montuosa di quello che allora veniva chiamato il Territorio del Kansas si svegliarono e iniziarono a fare colazione. Quello che è successo nelle regioni più sviluppate è stato ancora più disorientante, e porta un avvertimento per il mondo high-tech cablato del 21° secolo.

Mentre il cielo si illuminava sul lato notturno della Terra, i sistemi telegrafici di tutto il mondo impazzirono, facendo schioccare codici senza senso ed emettendo grandi scintille che accendevano incendi in pile di nastro di carta vicine. Gli operatori del telegrafo hanno riportato ustioni elettriche. Anche scollegare le unità telegrafiche dalle loro fonti di energia non ha fermato la frenesia, perché i fili di trasmissione stessi trasportavano enormi correnti elettriche. La tecnologia moderna era appena stata umiliata da una violenta tempesta meteorologica spaziale arrivata dal sole, il più grande mai registrato - e più del doppio più potente di una tempesta nove anni prima, che era stato esso stesso il più grande della storia conosciuta.

I miei sette anni di ricerca sulla previsione delle tempeste solari, combinato con i miei decenni utilizzando segnali satellitari GPS in varie condizioni di tempesta solare, indicano che l'elettronica e i satelliti ancora più sensibili di oggi sarebbero devastati se si verificasse di nuovo un evento di tale portata. Nel 2008, un gruppo di esperti incaricato dalla National Academy of Sciences ha pubblicato un rapporto dettagliato con una conclusione che fa riflettere:il mondo sarebbe riportato alla vita dei primi anni del 1800, e ci vorrebbero anni - o anche un decennio - per riprendersi da un evento così grande.

Un'esplosione solare

Le tempeste meteorologiche spaziali sono avvenute sin dalla nascita del sistema solare, e hanno colpito la Terra molte volte, sia prima che dopo quel grande evento del 1859, che è stato chiamato l'evento di Carrington dopo un astronomo britannico che ha registrato le sue osservazioni del sole in quel momento. Sono causati da enormi esplosioni elettromagnetiche sulla superficie del sole, chiamate espulsioni di massa coronale. Ogni esplosione invia miliardi di protoni ed elettroni, in una palla di plasma surriscaldata, fuori nel sistema solare.

Circa 1 su 20 espulsioni di massa coronale si dirige in una direzione che interseca l'orbita terrestre. Circa tre giorni dopo, il nostro pianeta sperimenta quella che viene chiamata tempesta meteorologica spaziale o tempesta geomagnetica.

Sebbene questi eventi siano descritti utilizzando termini come "meteo" e "tempesta, "non influiscono se piove o c'è il sole, caldo o freddo, o altri aspetti di com'è all'aperto in un dato giorno. I loro effetti non sono meteorologici, ma solo elettromagnetico.

Colpire la Terra

Quando l'espulsione di massa coronale arriva sulla Terra, le particelle cariche si scontrano con le molecole d'aria nell'atmosfera superiore, generando calore e luce chiamati aurora.

Anche, come accade ogni volta che le cariche elettriche in movimento incontrano un campo magnetico, l'interazione crea una corrente elettrica spontanea in qualsiasi conduttore disponibile. Se la palla al plasma è abbastanza grande, la sua interazione con il campo magnetico terrestre può indurre grandi correnti su lunghi fili a terra, come quello che sovraccaricava i circuiti del telegrafo nel 1859.

Il 13 marzo, 1989, una tempesta solo circa un quinto più forte dell'evento di Carrington che ha colpito la Terra. Ha indotto un grande aumento di corrente nelle lunghe linee elettriche della rete elettrica Hydro-Quebec, provocando danni fisici alle apparecchiature di trasmissione e lasciando 6 milioni di persone senza energia per nove ore. Un'altra sovratensione indotta da una tempesta ha distrutto un grande trasformatore in una centrale nucleare del New Jersey. Anche se nelle vicinanze c'era un trasformatore di riserva, ci sono voluti ancora sei mesi per rimuovere e sostituire l'unità fusa. Alcune persone erano preoccupate che le brillanti luci aurorali significassero che era scoppiata una guerra nucleare.

E nell'ottobre 2003, una rapida serie di tempeste solari ha colpito la Terra. Chiamata collettivamente la tempesta solare di Halloween, questa serie ha causato picchi che hanno minacciato la rete elettrica nordamericana. I suoi effetti sui satelliti hanno reso la navigazione GPS irregolare e le connessioni di comunicazione interrotte durante il picco della tempesta.

Tempeste più grandi avranno effetti più ampi, causare più danni e richiedere più tempo per riprendersi.

Effetti di vasta portata

Le tempeste geomagnetiche attaccano la linfa vitale della tecnologia moderna:l'elettricità. Una tempesta meteorologica spaziale in genere dura due o tre giorni, durante il quale l'intero pianeta è sottoposto a potenti forze elettromagnetiche. Lo studio della National Academy of Sciences ha concluso che una tempesta particolarmente massiccia danneggerebbe e chiuderebbe le reti elettriche cittadine e le reti di comunicazione in tutto il mondo.

Passata la tempesta, non ci sarebbe un modo semplice per ripristinare il potere. Gli impianti di produzione che sostituiscono le linee bruciate oi trasformatori di potenza non avrebbero elettricità. I camion necessari per consegnare materie prime e attrezzature finite non sarebbero in grado di rifornirsi, o:Le pompe di gas funzionano con l'elettricità. E le pompe in funzione si sarebbero presto prosciugate, perché l'elettricità fa funzionare anche il macchinario che estrae il petrolio dal terreno e lo raffina in combustibile utilizzabile.

Con il trasporto in stallo, il cibo non arrivava dalle fattorie ai negozi. Anche sistemi che sembrano non tecnologici, come l'approvvigionamento idrico pubblico, si spegnerebbero:le loro pompe e i loro sistemi di depurazione hanno bisogno di elettricità. Le persone nei paesi sviluppati si ritroverebbero senza acqua corrente, nessun sistema fognario, nessun alimento refrigerato, e nessun modo per trasportare cibo o altre necessità da lontano. Anche le persone in luoghi con economie di base sarebbero prive di forniture necessarie da lontano.

Potrebbero volerci dai quattro ai dieci anni per riparare tutti i danni. Intanto, le persone avrebbero bisogno di coltivare il proprio cibo, trovare e portare e purificare l'acqua, e cuocere i pasti sul fuoco.

Alcuni sistemi continuerebbero a funzionare, ovviamente:biciclette, carrozze trainate da cavalli e velieri. Ma un altro tipo di attrezzatura che continuerebbe a funzionare fornisce un indizio per prevenire questo tipo di disastro:le auto elettriche continuerebbero a funzionare, ma solo nei luoghi dove c'erano pannelli solari e turbine eoliche per ricaricarli.

Preparare e proteggere

Geomagnetic storms would affect those small-scale installations far less than grid-scale systems. It's a basic principle of electricity and magnetism that the longer a wire that's exposed to a moving magnetic field, the larger the current that's induced in that wire.

In 1859, the telegraph system was so profoundly affected because it had wires stretching from city to city across the U.S. Those very long wires had to handle enormous amounts of energy all at once, and failed. Oggi, there are long runs of wires connecting power generators to consumers – such as from Niagara Falls to New York City – that would be similarly susceptible to large induced currents.

The only way to reduce vulnerability to geomagnetic storms is to substantially revamp the power grid. Ora, it is a vast web of wires that effectively spans continents. Governments, businesses and communities need to work together to split it into much smaller components, each serving a town or perhaps even a neighborhood – or an individual house. These "microgrids" can be connected to each other, but should have protections built in to allow them to be disconnected quickly when a storm approaches. That way, the length of wires affected by the storm will be shorter, reducing the potential for damage.

A family using solar panels and batteries for storage and an electric car to get around would likely find its water supply, natural gas or internet service disrupted. But their freedom to travel, and to use electric lights to work after dark, would provide a much better chance at survival.

When will the next storm hit?

People should start preparing today. It's impossible to know when a major storm will hit next:The most we'll get is a three-day warning when something happens on the surface of the sun. It's really only a matter of time before there is another one like the Carrington event.

Solar astrophysicists are also studying the sun to identify any events or conditions that might herald a coronal mass ejection. They're collecting enormous amounts of data about the sun and using computer analysis to try to connect that information to geomagnetic storms on Earth. This work is underway and will become more refined over time. The research has not yet yielded a reliable prediction of a coming solar storm before an ejection occurs, but it improves each year.

Secondo me, the safest course of action involves developing microgrids based on renewable energy. That would not only improve people's quality of life around the planet right now, but also provide the best opportunity to maintain that lifestyle when adverse events happen.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.