Nel decennio successivo, La NASA mira a lanciare l'umanità verso la luna e su Marte, un passo monumentale nei viaggi spaziali con equipaggio. Un tale viaggio è pieno di sfide e pericoli, non dissimili da quelli affrontati dai primi esploratori ad attraversare l'oceano. Però, invece di mari in tempesta, questi esploratori salperanno tra i pericoli dell'eliosfera, l'ambiente magnetico che emana dal sole e comprende il sistema solare. I rischi di viaggiare attraverso questo regno dipendono in definitiva da quanto bene possiamo comprendere le dinamiche al suo interno.

"Per arrivare su Marte, navicelle spaziali e umani saranno immersi nell'eliosfera e dovranno vedersela con essa, "ha detto Terry Onsager, scienziato del programma presso la sede della NASA a Washington, D.C. "Quell'ambiente può essere duro, ma uno per cui siamo pronti".

Per navigare in sicurezza nell'eliosfera, Gli scienziati e le missioni della NASA hanno mappato la regione per decenni. Risultati recenti, da vicino alla Terra a lontano attraverso il sistema solare, ci stanno aiutando a progettare un percorso sicuro per i futuri esploratori spaziali all'estero.

Rimanere al sicuro in rotta verso Marte

Quando gli astronauti lasciano la bolla magnetica protettiva attorno alla Terra, la magnetosfera, vengono esposti a dannose radiazioni di particelle energetiche provenienti dal sole. Fluendo continuamente fuori dalla superficie solare, queste particelle energetiche solari, come sono conosciuti, possono raggiungere livelli che possono danneggiare l'elettronica e danneggiare i tessuti viventi nello spazio.

"Periodicamente, le eruzioni solari sulla superficie del sole possono generare enormi aumenti negli ambienti di radiazione energetica delle particelle, e quando ciò accade, i sistemi devono essere in grado di gestirlo, " ha detto Onsager.

I veicoli spaziali sono stati progettati con attrezzature resistenti alle radiazioni e aree sicure in cui gli astronauti possono nascondersi durante le tempeste solari, che possono durare da ore a giorni. Oltre a questi titoli di protezione, disporre di un sistema di allarme affidabile è fondamentale per la sicurezza degli astronauti.

Il Solar Dynamics Observatory (SDO) della NASA ha mantenuto la vigilanza costante sul sole per otto anni. Le immagini che acquisisce nella luce visibile e ultravioletta consentono agli scienziati di monitorare continuamente le condizioni della superficie e capire quale attività potrebbe essere agitata appena sotto, pronto ad emergere. Una volta che si vede un'eruzione sulla superficie del sole, Gli astronauti possono in genere ricevere un preavviso di mezz'ora prima che la radiazione in arrivo raggiunga i livelli massimi. Sebbene ciò fornisca agli astronauti un po' di tempo per agire, in definitiva sono necessari miglioramenti nelle previsioni del tempo spaziale per fornire un avviso più avanzato.

Migliorare le previsioni del tempo spaziale

La previsione del tempo spaziale, il vento solare fluttuante e le particelle energetiche solari che trasporta, non è diverso dalle previsioni del tempo terrestre. Inizia osservando il sole, cosa che SDO e altre missioni eliofisiche della NASA fanno 24 ore su 24. I dati sull'attività del sole vengono quindi inseriti in modelli informatici basati sulla fisica che fanno previsioni statistiche sulla probabilità di un'eruzione solare. Ciò consente quindi agli scienziati di avvisare quando può verificarsi un tale evento.

"Prevedere i fenomeni meteorologici spaziali, sia sulla Terra che nello spazio profondo, è molto, molto complesso, " disse Jinnan Guo, eliofisico presso l'Università di Kiel in Germania. "Dobbiamo considerare le scale dalla distanza Sole-Terra, circa 93 milioni di miglia, in cui le onde e il materiale eruttato si propagano nello spazio, fino a pochi metri, a quale scala vedi la turbolenza e la cinematica delle particelle."

Al momento, la nostra comprensione delle complesse dinamiche in gioco nell'eliosfera è incompleta, rendere difficili le previsioni; i migliori modelli sono ancora nelle prime fasi di sviluppo. Gli scienziati che modellano il tempo spaziale dipendono dalle numerose missioni eliofisiche della NASA per migliorare le loro previsioni.

"Se hai solo un punto di osservazione, è molto difficile da modellare o addirittura, A volte, interpretare i dati. Se hai più punti, di quanto tu possa vincolare il tuo modello e assicurarti che le teorie sottostanti siano in grado di riprodurre quell'evento, " disse Leila Mays, uno scienziato della meteorologia spaziale presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland.

L'anno scorso, un forte evento particellare energetico solare è stato osservato da più missioni della NASA. I risultati, che registrano il primo evento particellare visto a livello del suolo sia su Marte che sulla Terra, sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Meteo spaziale . In questo evento, particelle ad alta energia accelerate da uno shock intensivo guidato da un'espulsione di massa coronale - un'esplosione violenta sulla superficie solare che emette gas e particelle energetiche - sono state rilevate per la prima volta mentre lasciavano il sole con SDO. Gli scienziati hanno utilizzato strumenti e modelli a terra per tracciare il modo in cui il materiale si è mosso attraverso l'eliosfera e per misurarne l'intensità al raggiungimento della Terra e di Marte.

Tali osservazioni multipunto sono essenziali per comprendere come le particelle emesse dal sole viaggiano attraverso il sistema solare. Questa conoscenza di come le radiazioni si diffondono in definitiva aiuta a migliorare i modelli, fornendo agli astronauti un avviso più avanzato di eventi meteorologici spaziali potenzialmente pericolosi.

"Anche se questo è il più grande evento di particelle energetiche solari che abbiamo osservato sulla superficie di Marte, non sarebbe stato pericoloso per gli astronauti lì, " disse Guo, che ha scritto il documento. "Però, sono possibili eventi di particelle energetiche solari molto più grandi e questo evento ci aiuta a capire come potrebbe essere".

Gli scienziati continueranno a studiare il tempo spaziale dalla Terra con strumenti a terra e la flotta di veicoli spaziali eliofisici della NASA, ma le missioni future forniranno nuovi punti di vista.

"In definitiva, sono necessari più dati e speriamo di ottenerne alcuni da Parker Solar Probe, poiché sta andando così vicino al sole, dove queste particelle nocive vengono accelerate ad alte energie, " ha detto Mays. "Abbiamo ipotesi su come funziona questa accelerazione che entrano nei modelli, ma le misurazioni di Parker aiuterebbero davvero a migliorare le nostre teorie".

Già, il Radiation Assessment Detector Instrument a bordo del Curiosity Rover ha misurato le radiazioni ad alta energia sulla superficie marziana, dati che stanno aiutando gli scienziati a capire a quante radiazioni saranno esposti gli esseri umani quando visitano il pianeta rosso. Il programma congiunto geostazionario operativo ambientale satellitare della NASA e della NOAA misura le misurazioni delle particelle energetiche per gli attuali astronauti dagli anni '80. Gli strumenti per studiare la radiazione delle particelle saranno anche a bordo dei futuri voli e del Lunar Orbital Platform-Gateway, l'avamposto proposto per orbitare intorno alla luna.

"I futuri veicoli per l'esplorazione umana dello spazio profondo forniscono non solo la capacità di salvaguardare l'equipaggio a bordo, ma contemporaneamente fare nuovi esperimenti scientifici, " ha detto Antti Pulkkinen, scienziato del Goddard Space Flight Center della NASA. "Serveranno a questo duplice scopo."

Queste misurazioni andranno a vantaggio di più delle semplici previsioni del tempo spaziale. Ci aiuteranno anche a capire le cose più vicine a casa, come la luna.

Nuova visione della luna

Il ritorno sulla luna sbloccherà senza dubbio nuove porte per comprendere il nostro vicino più prossimo nello spazio. Dopotutto, solo quando abbiamo messo piede sulla luna per la prima volta siamo stati in grado di comprenderne le origini. Oggi stiamo ancora scoprendo cose nuove e missioni della NASA come l'accelerazione, Riconnessione, Turbolenza, e l'Elettrodinamica dell'interazione della luna con il sole - ARTEMIS - stanno scoprendo nuove intuizioni sulla tenue atmosfera della luna.

La luna è, infatti, non senz'aria. Ha un sottile strato atmosferico, l'esosfera, composto principalmente da idrogeno, elio, neon e argon, si estende per circa cento miglia sopra la superficie. Mescolato sul bordo superiore dell'esosfera c'è uno strato secondario tenue ed effimero, la ionosfera, creato dagli atomi che energizzano la luce solare nell'esosfera.

"La ionosfera è un milione di volte meno densa della ionosfera della Terra, quindi è davvero difficile misurare direttamente quelle particelle cariche, " disse Jasper Halekas, Scienziato ARTEMIS presso l'Università dell'Iowa a Iowa City, e autore principale di un nuovo studio sulla ionosfera lunare.

Utilizzando una nuova tecnica per analizzare i dati di ARTEMIS, Halekas e il suo team sono stati in grado di misurare direttamente la ionosfera. Hanno notato che la ionosfera si ingrandiva ogni luna piena e si accoppiava con la ionosfera terrestre, il che significa che le particelle cariche sono probabilmente in grado di viaggiare avanti e indietro tra le ionosfere dei due corpi.

"La presenza della luna potrebbe effettivamente influenzare la magnetosfera terrestre, "Halekas ha detto. "Potrebbe effettivamente perturbare quell'ambiente locale."

Nuove missioni sulla luna permetterebbero lo studio della ionosfera e dell'esosfera dalla superficie, dandoci una migliore comprensione di quell'accoppiamento e di come la nostra atmosfera possa essere collegata a quella della luna.

I nuovi risultati potrebbero anche aiutarci a capire meglio come si creano e si mantengono le atmosfere sui piccoli corpi.

"La stessa tecnica potrebbe essere applicata a molti altri corpi del sistema solare, che dovrebbe avere un'atmosfera tenue come quella della luna, " Halekas ha detto. "Questo includerebbe:lune intorno ai pianeti esterni, grandi corpi nella cintura di asteroidi, cose nella cintura di Kuiper, e persino oggetti al di fuori del sistema solare."

Partire con fiducia

È difficile prevedere le scoperte che verranno fatte durante i viaggi dell'umanità sulla luna e su Marte, anche se certamente saranno innumerevoli. Quel che è certo è il ruolo da protagonista che avrà l'eliofisica nell'aiutarci ad arrivarci. Lo studio dell'eliofisica e della meteorologia spaziale ha un valore inestimabile per proteggere i nostri astronauti e le risorse nello spazio. E, senza dubbio, questo viaggio attraverso il sistema solare ci aiuterà a scoprire nuove scoperte sull'eliosfera che chiamiamo casa, rendere le strade dello spazio più sicure per le future generazioni di esploratori spaziali.