Un gruppo di ricercatori brasiliani affiliati al National Space Research Institute (INPE) sta lavorando per installare una rete composta da magnetometri (strumenti utilizzati per misurare l'intensità di un campo magnetico) in tutto il Sud America.

L'Embrace Magnetometer Network for South America (Embrace MagNet) coinvolge gli sforzi congiunti di altre istituzioni latinoamericane con l'obiettivo di studiare le caratteristiche specifiche dei disturbi del campo magnetico nel continente e confrontarne l'intensità con quelli che si verificano in altre parti del mondo. Argomento primario è anche l'eventuale danno causato dalla meteorologia spaziale agli apparecchi elettronici.

Situato a São José dos Campos, Brasile, presso la sede dell'Istituto Nazionale di Ricerche Spaziali (Inpe), Embrace MagNet ha già 13 magnetometri attivi e funzionanti. Quando la rete è completa, sarà composto da 24 magnetometri installati in 16 stati brasiliani e in Argentina, Cile e Uruguay.

Prima di abbracciare MagNet, I ricercatori sudamericani dipendevano dai dati delle istituzioni negli Stati Uniti, Europa e Giappone per studiare i disturbi del campo magnetico in Sud America, secondo il responsabile delle scienze dello spazio e dell'atmosfera dell'INPE, Clezio Marcos De Nardin.

"I disturbi magnetici non sono equivalenti negli emisferi nord e sud. Diverse pubblicazioni nella letteratura scientifica mostrano che l'aurora boreale e l'aurora australis non sono simmetriche, o, " dice il ricercatore. "In base ai loro dati, quando abbiamo sentito che il campo magnetico era disturbato, non avevamo idea se la perturbazione avesse raggiunto il Brasile o se si potesse presumere che la perturbazione fosse avvenuta in questo settore, " Aggiunge.

L'iniziativa è stata oggetto di due articoli scritti da De Nardin e colleghi, recentemente pubblicato in Scienza radiofonica , una rivista dell'American Geophysical Union. Il primo articolo descrive gli obiettivi scientifici della rete e ne dettaglia la progettazione, attrezzatura, e installazione ed il trattamento dei dati da essa prodotti. Nel secondo articolo, gli autori divulgano i primi risultati scientifici dell'iniziativa.

Le eruzioni solari causano importanti fenomeni nel campo magnetico. Espellono nello spazio radiazioni elettromagnetiche (luce) e enormi quantità di particelle altamente energizzate. Viaggiando a più di 2 milioni di chilometri orari, le particelle raggiungono la Terra in pochi giorni, bombardando il campo magnetico che circonda e protegge il pianeta.

Le interazioni tra le particelle solari energizzate e il campo magnetico terrestre causano disturbi in tutto il mondo, producendo aurore nella stratosfera sopra i poli nord e sud.

"Nelle regioni aurorali, le interazioni delle nuvole magnetiche con il campo magnetico creano un sistema di correnti ad un'altitudine di 100 km che possono danneggiare le apparecchiature a terra, " ha affermato il co-autore Paulo Roberto Fagundes. Fagundes è professore presso l'Università della Valle della Paraíba (UNIVAP) a São José dos Campos, Stato di San Paolo.

I fenomeni solari che raggiungono la Terra possono causare interferenze nei sistemi di navigazione satellitare, come il GPS utilizzato dai veicoli a motore, aerei e navi, il cui funzionamento sarebbe gravemente degradato. Le eruzioni solari possono anche indurre correnti elettriche nei trasformatori delle linee elettriche e influenzare la protezione di oleodotti e gasdotti.

Nel caso delle centrali elettriche, le conseguenze possono essere anche peggiori. Quando una nuvola magnetica solare colpisce il campo magnetico terrestre, le aurore appaiono nel cielo e le correnti elettriche nel terreno. In prossimità di una centrale idroelettrica, le correnti possono danneggiare i trasformatori e disturbare la rete, provocando un blackout.

Un tale scenario è accaduto in Nord America il 13 marzo, 1989, tre giorni e mezzo dopo un'enorme tempesta solare e un brillamento solare. I fenomeni hanno indotto potenti correnti nel terreno in varie località del Nord America, causando un'interruzione di nove ore nella provincia canadese del Quebec e un grave guasto nella trasmissione satellitare, satelliti meteorologici e altri.

"Studi recenti pubblicati sulla rivista Analisi del rischio stimare che, se oggi si verificasse un evento geomagnetico come la tempesta solare del 1989, causerebbe danni tra i 2,4 trilioni di dollari e i 3,4 trilioni di dollari a livello globale, " Disse De Nardin.

Non ci vuole un'enorme tempesta solare per danneggiare la rete elettrica, però. Qualsiasi tempesta solare provoca correnti di terra che colpiscono i trasformatori. Inoltre, le centrali idroelettriche costruite accanto a grandi dighe e serbatoi sono particolarmente vulnerabili alle correnti di terra causate dalle tempeste solari. L'acqua nei serbatoi aumenta la trasmissione di corrente. Ancora peggio, mentre l'acqua scorre attraverso le turbine nelle centrali elettriche, trasmette la corrente direttamente ai trasformatori.

Le frequenze più alte o più basse delle esplosioni solari sono direttamente collegate al ciclo solare (cioè, il ciclo di attività magnetica solare), che dura 11 anni ed è caratterizzato da successivi aumenti e diminuzioni del numero e della superficie delle macchie solari.

"Nei momenti di picco dell'attività solare, peggiora la degradazione del trasformatore. I documenti pubblicati dall'IEEE [Institute of Electric and Electronics Engineers] basati su ricerche condotte in Sud Africa mostrano che i trasformatori possono esplodere se non viene eseguita una manutenzione adeguata, " disse De Nardin, che è anche vicedirettore dell'International Space Environment Service (ISES), una rete collaborativa di organizzazioni di servizi meteorologici spaziali in tutto il mondo.

Sulla base della loro analisi della montagna di dati raccolti ogni giorno da Embrace MagNet, I ricercatori brasiliani stanno sviluppando un indice K magnetico specifico per il Sud America chiamato indice Ksa. Gli indici K quantificano i disturbi nella componente orizzontale del campo magnetico terrestre e caratterizzano le magnitudini delle tempeste geomagnetiche.

"Il nostro obiettivo è produrre un indice K specifico per il Sud America, da qui la 'sa' nell'acronimo. Sappiamo già che ciò che accade nel resto del mondo non è lo stesso di ciò che accade qui, " Ha detto De Nardin. "Inoltre, siamo anche riusciti a catturare la variazione in un'esplosione solare nel momento in cui la radiazione del sole ha raggiunto la Terra, prima della tempesta."

Oltre a studiare il campo magnetico utilizzando Embrace MagNet, il progetto ha prodotto anche un'importante scoperta scientifica, dice Fagundes. "Abbiamo rilevato l'esistenza di un quarto strato nella ionosfera, lo strato F4."

La ionosfera è la porzione dell'atmosfera superiore della Terra che si trova tra circa 60 km e 500 km sopra la superficie. La radiazione solare ionizza gli atomi e le molecole all'interno di questo strato, creando uno strato di elettroni. "Sapevamo della F1, Strati F2 e F3. Ora, abbiamo scoperto F4, lo strato più esterno, sopra i 350 km di altitudine. Stiamo indagando sul meccanismo che crea questa struttura, " disse Fagundes.