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Cos’è una tempesta geomagnetica, quali effetti comporta e che rischi corriamo

Le tempeste geomagnetiche sono perturbazioni del campo magnetico della Terra di varia intensità, causate dal vento solare emesso dal Sole. Ecco cosa sappiamo su rischi, frequenza ed eventi estremi accaduti in passato.
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A cura di Andrea Centini
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Il vento solare sprigionato dal Sole è in grado di perturbare il campo magnetico della Terra in modo più o meno significativo: quando l'energia del flusso di particelle cariche elettricamente (plasma) supera una certa soglia può scatenare una vera e propria tempesta geomagnetica, che si manifesta in prima istanza con un calo d'intensità della magnetosfera. Maggiore è l'energia delle particelle provenienti dall'attività solare, come ad esempio un'espulsione di massa coronale o CME, più forte è la tempesta magnetica sulla Terra. Le conseguenze possono essere molteplici e dipendono dalla quantità di energia coinvolta, ma anche dall'orientamento e dalla velocità del flusso di particelle.

Come spiegato dallo Space Weather Prediction Center della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), si spazia da disturbi limitati a rete elettrica e operazioni satellitari delle tempeste magnetiche di classe G1 – le più deboli – agli effetti potenzialmente catastrofici di quelle di classe G5, le più violente. Tra le possibili conseguenze figurano blackout prolungati per linee elettriche, internet, comunicazioni radio e navigazione satellitare, a causa di danni significativi alle infrastrutture. Secondo gli esperti una tempesta solare estrema può farci ripiombare in un Medioevo tecnologico per settimane o addirittura mesi. Le tempeste geomagnetiche hanno una durata effettiva di alcune ore o al massimo di giorni, in base al “carico” di particelle che impatta contro il campo magnetico terrestre. Ecco cosa sappiamo su questi fenomeni.

Il "fulmine" di plasma nell'atmosfera solare. Credit: Solar Dynamics Observatory
Il "fulmine" di plasma nell'atmosfera solare. Credit: Solar Dynamics Observatory

Come hanno origine le tempeste geomagnetiche

Le tempeste geomagnetiche si formano a causa dell'interazione tra il vento solare prodotto dall'attività del Sole e il campo magnetico terrestre (magnetosfera), ma non tutti i flussi di plasma solare scatenano una tempesta geomagnetica. Come spiegato dalla NOAA, i fenomeni in grado di innescarle sono essenzialmente due: le già citate espulsioni di massa coronale o CME, ovvero significative eruzioni di materiale dallo strato più esterno dell'atmosfera della stella (la corona); e i flussi di vento solare ad alta velocità o HSS, che interagendo con quelli più lenti creano regioni di interazione co-rotanti chiamate CIR. Generalmente le tempeste geomagnetiche causate dal vento solare delle CME sono più forti di quelle scaturite dalla combinazione HSS/CIR, tuttavia queste ultime “possono depositare più energia nella magnetosfera terrestre su un intervallo più lungo”.

La NASA specifica che il campo magnetico terrestre fa da scudo alla radiazione solare e cosmica, ma se il flusso di vento solare (con il suo campo magnetico) è diretto verso Sud e quindi la magnetosfera è rivolta nel senso opposto, le particelle solari ad alta energia riescono a fluire attraverso le linee di campo e colpire l'atmosfera terrestre al di sopra dei poli. Le aurore polari originano proprio dall'interazione tra le particelle cariche elettricamente del vento solare e la ionosfera. Quando l'energia è molto intensa e si innescano le tempeste geomagnetiche, le aurore possono manifestarsi a latitudini molto più basse del normale. Dopo l'evento scatenante, il vento solare può impiegare qualche giorno per raggiungere la Terra, ma in caso di flusso veloce si calcola possa raggiungerci anche in 18 ore.

Con che frequenza si verificano in media

La frequenza delle tempeste geomagnetiche è legata al ciclo di 11 anni dell'attività magnetica del Sole, che nell'arco di questo intervallo temporale raggiunge un picco massimo e un minimo. In questo momento ci stiamo dirigendo verso il nuovo picco massimo, atteso per l'estate del 2025. Proprio per questo si stanno verificando molte tempeste geomagnetiche, che sono legate all'intensificarsi dell'attività solare, come ad esempio una maggiore formazione di macchie solari, brillamenti, CME e altri fenomeni di espulsione di materiale solare. Ma ciò non significa che non possano verificarsi tempeste solari nella fase di minima attività.

Credit: Andrew McCarthy
Credit: Andrew McCarthy

Come spiegato dal Jet Propulsion Laboratory della NASA, infatti, esistono tempeste geomagnetiche “ricorrenti” e “non ricorrenti”. Le prime, legate alla rotazione del Sole, si verificano ogni 27 giorni e originano dall'interazione dei flussi di vento solare a bassa e alta velocità (le sopracitate CIR). Sono più comuni durante la fase di minimo solare e generalmente più deboli. Le tempeste geomagnetiche non ricorrenti sono invece associate alla fase di massima intensità magnetica, che può durare anche diversi anni. Maggiore è l'attività del Sole e superiore è il numero di tempeste geomagnetiche non ricorrenti che può investire la Terra.

Come affermato dalla dottoressa Roberta Tozzi dell’Istituto Nazionale di Geologia e Vulcanologia (INGV), specializzata nello studio delle correnti elettriche indotte geomagneticamente o GIC, le tempeste geomagnetiche sono più frequenti nel periodo di massima attività magnetica del Sole poiché associate alle CME, che a loro volta sono spesso legate alle macchie solari (più abbondanti in questa fase). La NOAA sottolinea che la frequenza delle tempeste geomagnetche è legata anche alla loro intensità: si stima si verifichino 1.700 tempeste di classi G1 nell'arco del ciclo undecennale del Sole; 600 di classe G2; 200 di classe G3; 100 di classe G4 e 4 di classe G5.

Quali rischi comportano le tempeste solari

Le tempeste geomagnetiche si suddividono in cinque classi di potenza, da G1 a G5, come specificato nella scala di intensità messa a punto dallo Space Weather Prediction Center della NOAA. Maggiore è l'intensità della tempesta solare, più significative sono le sue conseguenze sulla Terra. Vediamone gli effetti una per una.

  • Classe G1 (debole): possibili disturbi alla rete elettrica e alle operazioni satellitari. Gli animali migratori possono essere influenzati nel loro comportamento, mentre le aurore risultano ben visibili alle alte latitudini.
  • Classe G2 (moderata): possibili danni prolungati ai sistemi di alimentazione e danni ai trasformatori. Perdita di comunicazioni radio HF alle latitudini elevate. Possibili problemi ai sistemi di guida dei satelliti (può essere necessario intervenire dal centro di comando sulla Terra) e al corretto posizionamento in orbita. Le tempeste geomagnetiche possono infatti scaldare l'aria e renderla più densa, generando una resistenza maggiore per i veicoli spaziali che l'attraversano. A febbraio dello scorso anno questo fenomeno ha provocato la distruzione di 40 satelliti Starlink, condannati a deorbitare proprio a causa della maggiore resistenza dell'aria. Con le tempeste G2 le aurore polari diventano visibili a latitudini più basse (55° di latitudine geomagnetica, spiega la NOAA).
  • Classe G3 (forte): problemi ai sistemi di alimentazione sempre più severi. Può essere necessario intervenire per correggere la tensione. Problemi di guida ai satelliti, perdita di segnali GPS e comunicazioni radio. Aurore polari a latitudini ancora più basse (50°)
  • Classe G4 (acuta): possibili blackout della rete elettrica, problemi diffusi alla tensione. Problemi significativi all'operatività e all'orientamento dei satelliti. Interruzioni gravi nelle comunicazioni radio e per i sistemi di navigazione satellitare. Aurore a 45° di latitudine (all'altezza della California).
  • Classe G5 (estrema): possibili blackout e veri e propri collassi della rete elettrica. Gravi problemi ai satelliti, che potrebbero diventare anche difficili da rilevare (rischiano di restare "fritti" e di deorbitare). Comunicazioni radio, navigazione satellitare degradati per giorni. Aurore possibili anche a 40° di latitudine, dunque anche nei cieli d'Italia. Secondo alcuni esperti internet potrebbe spegnersi per settimane o mesi, così come sono possibili rischi di incendio e severe scosse elettriche. I più catastrofisti suggeriscono che in caso di tempesta geomagnetica estrema alcuni Paesi potrebbero approfittare delle difficoltà di comunicazione per scatenare una guerra.

Che effetti può avere una tempesta geomagnetica sull'uomo

Le tempeste geomagnetiche non comportano rischi diretti per l'uomo, come specificato dalla NASA e dallo U.S.G.S del governo degli Stati Uniti. La ragione risiede nel fatto che le particelle del vento solare, anche se in grado di alterare e penetrare il campo magnetico della Terra, “non possono passare attraverso l'atmosfera terrestre per influenzare fisicamente gli esseri umani a terra”. Il discorso cambia per gli astronauti e per coloro che si trovano su aerei in volo ad alta quota, che potrebbero essere investiti da una dose massiccia di radiazioni, note per scatenare gravi malattie come il cancro.

Credit: Spaceweather.com
Credit: Spaceweather.com

Cosa sappiamo sulle tempeste solari 

Le tempeste geomagnetiche sono un fenomeno legato alla “space weather”, la meteorologia spaziale, che viene studiata approfonditamente non solo per comprendere meglio il funzionamento della nostra stella, cui dobbiamo la vita sulla Terra, ma anche per il significativo impatto che essa può avere sulle attività umane. Come abbiamo visto, una tempesta solare può letteralmente rispedirci secoli indietro. Si ritiene inoltre che le tempeste geomagnetiche possano influenzare sensibilmente il comportamento migratorio degli animali; recenti studi le hanno associate agli spiaggiamenti di cetacei, ad esempio di capodogli, i cui “sistemi di navigazione” verrebbero mandati in tilt dalle alterazioni al campo magnetico terrestre dovute al vento solare. Per tutte queste ragioni il Sole è costantemente tenuto sotto controllo da specifici osservatori che tengono traccia di brillamenti, CME, eruzioni solari, macchie solari e tutti gli altri fenomeni che si verificano sulla stella. Recentemente uno di questi strumenti, il Solar Dynamics Observatory (SDO) della NASA, ha catturato il Sole che "sorride".

Tra i principali dispositivi a studiare il Sole vi è il telescopio spaziale Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) e della NASA. Lanciato nel 1995, dovrebbe restare operativo fino al 2025. È dotato di tre coronografi e numerosi strumenti specializzati – come il CELIAS, il COSTEP e l'ERNE – dedicati proprio allo studio del vento solare e dei fenomeni coronali. Sul sito specializzato spaceweather.com è possibile seguire costantemente l'evoluzione dell'attività della nostra stella, con immagini e video spettacolari catturati da diversi veicoli spaziali e telescopi solari a terra. Nel 2018 è stata lanciata la sonda Parker Solar Probe della NASA, espressamente progettata per studiare l'atmosfera e il vento solare da distanza ravvicinata. È stata infatti la prima a "toccare" la corona solare, nell'aprile del 2021. Il suo nome è un omaggio all'astrofisico Eugene Parker, che negli anni 50′ mise a punto le prime teorie sul vento solare.

I casi più rilevanti fino ad oggi

Dall'inizio del 2022 si sono susseguite con una certa frequenza diverse tempeste geomagnetiche, proprio in virtù dell'“irrequietezza” del Sole legata all'avvicinamento del picco massimo di attività magnetica. Tuttavia, ad oggi, siamo stati investiti solo da eventi contenuti di classe G1 o G2, con qualche sporadica apparizione di G3, come ad aprile dello scorso anno. Al massimo si è verificato qualche problema di comunicazione radio e navigazione GPS alle alte latitudini, ma se si esclude la distruzione dei satelliti Starlink non sono stati segnalati danni o grosse difficoltà dall'inizio del nuovo millennio. Sappiamo però che nel 2012 abbiamo evitato per un soffio un evento G5, dopo una colossale espulsione di massa coronale che ha proiettato un flusso di vento solare estremamente energetico, fortunatamente non diretto verso la Terra, ma di poco a lato.

Credit: helioviewer
Credit: helioviewer

In tempi recenti si è verificata una sola tempesta geomagnetica estrema che ha causato danni significativi sulla Terra; era il 12 marzo 1989 e milioni di persone in Quebec rimasero al buio e al freddo per 9 ore a causa di un colossale blackout, innescato dagli interruttori automatici delle centrali che scattarono dopo l'impatto del vento solare. Quel giorno l'aurora polare comparì in Florida e Texas. La più potente tempesta geomagnetica registrata in tempi moderni è il cosiddetto “Evento di Carrington” del settembre 1859, quando diverse espulsioni di massa coronale puntarono direttamente il nostro pianeta. La tempesta solare che ne seguì fu talmente violenta che molti telegrafi – gli strumenti per comunicare dell'epoca – si incendiarono e diversi addetti presero brutte scosse. Alcune pile, inoltre, si accesero senza essere collegate. L'evento di Carrington fece comparire l'aurora polare persino su Roma. Un evento di questo genere oggi avrebbe conseguenze apocalittiche, con danni ingenti alle reti elettriche, internet e alle infrastrutture interconnesse.

Per quanto concerne i tempi storici, si ritiene che la tempesta geomagnetica più potente mai rilevata che colpì la Terra si verificò nel 774 dopo Cristo, il cosiddetto “evento di Miyake”. Gli scienziati hanno determinato che produsse un accumulo di carbonio-14 ben dodici volte superiore rispetto a quello provocato dell'evento di Carrington, suggerendo la portata estrema del fenomeno. All'epoca, naturalmente, non c'erano infrastrutture elettriche da danneggiare. I ricercatori sostengono che, sebbene le tempeste solari estreme siano eventi possibili, non siamo assolutamente preparati alle conseguenze catastrofiche che essi possono scatenare. Con l'avvicinamento al picco massimo dell'attività solare atteso per il 2025 sta aumentando il rischio; la speranza è di essere mancati come accaduto nel 2012. Ma chi studia il Sole è sicuro che non saremo sempre così fortunati.

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