La brillante aurora boreale viene catturata sullo Yukon, Canada, durante una tempesta geomagnetica. Credito:Joseph Bradley
Oltre l'atmosfera terrestre ci sono nuvole vorticose di particelle energizzate, ioni ed elettroni, che emanano dal sole. Questo "vento solare" scuote la magnetosfera, il campo di forza magnetico che circonda la Terra.
Più o meno allo stesso modo i venti e le tempeste creano il clima nella nostra atmosfera, forti raffiche di vento solare che penetrano nella magnetosfera possono generare tempeste magnetiche con potenti correnti elettriche che possono avere un impatto sulle nostre vite.
Un nuovo studio del team della missione THEMIS della NASA, guidato da Vassilis Angelopoulos, un professore di fisica spaziale dell'UCLA, è il primo a dimostrare che tali tempeste possono avere origine molto più vicino alla Terra di quanto si pensasse in precedenza, sovrapponendosi alle orbite del tempo critico, comunicazioni e satelliti GPS. I risultati del team sono pubblicati sulla rivista Fisica della natura .
Le tempeste magnetiche possono produrre abbaglianti aurore boreali o particelle pericolose che sbandano verso veicoli spaziali e astronauti, zapping fuori commissione. A determinate condizioni, tempeste magnetiche possono disattivare la rete elettrica, interrompere le comunicazioni radio e corrodere le condutture, persino creando un'aurora estrema visibile vicino all'equatore.
"Studiando la magnetosfera, miglioriamo le nostre possibilità di affrontare il più grande pericolo per l'umanità che si avventura nello spazio:tempeste alimentate dal sole, " ha detto Angelopulos.
Un incidente che illustra il potere drammatico delle tempeste magnetiche verificatosi nel 1921, quando una tale tempesta ha interrotto le comunicazioni telegrafiche e ha causato interruzioni di corrente che hanno provocato l'incendio di una stazione ferroviaria di New York City. E nel 1972 gli astronauti dell'Apollo 16 e 17 hanno mancato di poco quella che avrebbe potuto essere un'eruzione solare letale. Questi incidenti sottolineano i potenziali pericoli che dovrebbero essere valutati man mano che più umani si avventurano in orbita. Se oggi si fosse verificata una tempesta simile, uno studio separato stimato, le perdite economiche negli Stati Uniti dovute ai soli blackout elettrici potrebbero superare i 40 miliardi di dollari al giorno.
La magnetosfera terrestre durante una tempesta magnetica. A destra, tre satelliti hanno assistito alla riconnessione vicino all'orbita geosincrona dove risiedono molti altri satelliti critici. La “X” rossa identifica il sito di riconnessione, e le frecce gialle indicano la direzione dei deflussi esplosivi di particelle energizzate verso e lontano dalla Terra. Gli elettroni diretti dalla Terra (mostrati in rosso e rosa) trasportano energia lungo le linee del campo magnetico per alimentare l'aurora ai poli nord e sud della Terra. Questi elettroni energizzati sono stati rilevati da un satellite meteorologico (al centro). Credito:Emmanuel Masongsong/UCLA
Il modo in cui le correnti elettriche nello spazio influenzano l'aurora e le tempeste magnetiche è stato a lungo dibattuto nella comunità della fisica spaziale. Poiché le tempeste si verificano così raramente e la copertura satellitare è scarsa, è stato difficile per i ricercatori rilevare il processo dinamico che alimenta quelle tempeste.
Quando l'energia magnetica del vento solare viene trasferita nella magnetosfera, si accumula fino a quando non viene convertito in calore e accelerazione delle particelle attraverso un processo chiamato riconnessione magnetica. Dopo decenni di studio, non è ancora chiaro ai ricercatori dove si verifica esattamente la riconnessione magnetica durante le tempeste.
Recenti osservazioni di più satelliti hanno dimostrato che le tempeste magnetiche possono essere avviate dalla riconnessione magnetica molto più vicino alla Terra di quanto si pensasse in precedenza. I tre satelliti THEMIS della NASA hanno osservato la riconnessione magnetica solo a circa tre o quattro diametri terrestri di distanza. I ricercatori non si aspettavano che ciò potesse accadere nella configurazione del campo magnetico relativamente stabile vicino alla Terra.
Dopo, un satellite meteorologico, che era più vicino alla Terra in orbita geostazionaria, rilevate particelle energizzate associate a tempeste magnetiche.
Il satellite meteorologico ha dimostrato che questa riconnessione vicina alla Terra ha stimolato l'accelerazione di ioni ed elettroni ad alte energie, mettendo a rischio centinaia di satelliti che operano in questa orbita comune. Tali particelle possono danneggiare l'elettronica e il DNA umano, aumentare il rischio di avvelenamento da radiazioni e cancro per gli astronauti. Alcune particelle possono persino entrare nell'atmosfera e colpire i passeggeri delle compagnie aeree.
"Solo con tali misurazioni dirette della riconnessione magnetica e dei suoi flussi energetici risultanti potremmo dimostrare in modo convincente un meccanismo così inaspettato di generazione di energia da tempesta, " disse Angelopoulos, chi è l'autore principale dell'articolo. "Catturando questo raro evento, più vicino alla Terra che mai rilevato prima, ci costringe a rivedere le ipotesi precedenti sul processo di riconnessione".
Questa scoperta alla fine aiuterà gli scienziati a perfezionare i modelli predittivi di come la magnetosfera risponde al vento solare, fornendo preziose ore extra o addirittura giorni per preparare i satelliti, astronauti e la rete energetica per il prossimo "grande" nello spazio.
