Tempeste di radiazioni, tempeste geomagnetiche e gli "Attori" dello Space Weather
Ora che ti sei goduto lo spettacolo emozionante dell'Aurora, ti richiamo alla razionalità: essendo gli ultimissimi episodi della serie, non posso non accennare al "Meteo Spaziale".
il "Meteo Spaziale" condiziona la vita sul nostro pianeta, non sempre in modo invisibile..., credit NASA - clicca per ingrandire, click to enlarge
Space Weather
Tutto parte dal Sole e dal suo "meteo", detto "space weather", causato da tempeste di materia ed energia, espulse con violenza dalla nostra stella e che interagiscono con l'ambiente spaziale terrestre.
rappresentazione artistica che parte da un'immagine reale del Sole, poi elaborata, descrizione qui: visibili Cme e flare, propagazione, onda d'urto, magnetosfera terrestre, radiazione, cuspidi polari, parte della coda magnetica. Credit Nasa - clicca per ingrandire, click to enlarge
Innanzitutto quindi i responsabili li hai già conosciuti all'inizio della serie. L'attività magnetica della nostra stella si esprime in superficie in modi discreti o esplosivi.
Utilissima infografica che evidenzia macchie solari, Flare, Cme e vento solare. CreditNOAA - clicca per ingrandire, click to enlarge
Ci sono le macchie solari (siamo ormai a cavallo tra la fine del ciclo 24 e l'inizio del 25, e nei periodi di minimo solare come ora compaiono ancora macchie solari ma sono poche, saltuarie ed isolate)...
04/07/2020, zero macchie, Giove e Terra per comparazione, gentilissima concessione di Rossana Miani - clicca per ingrandire, click to enlarge
... piccola parentesi: al 21 luglio 2020 il Sole è stato privo di macchie solari (spotless) per 10 giorni consecutivi - e in totale sono 153 i giorni spotless dall'inizio dell'anno, equivalenti al 75% del numero di giorni fino a quella data - ...
altra bellissima immagine spotless, credit Mauro Messerotti - clicca per ingrandire, click to enlarge
... ma le macchie solari durante i massimi danno invece spettacolo.
09/05/2017, bei gruppi di macchie - gentilissima concessione di Rossana Miani in collaborazione con Sarah Jessica Fioretto - clicca per ingrandire, click to enlarge
La situazione può farsi davvero turbolenta in certi periodi...
Questa   immagine è datata 31 marzo 2001, credit NASA - clicca per ingrandire, click to enlarge
... e non farti ingannare dall'apparenza tranquilla dei dischi solari qui sopra, perché in realtà corrispondono ad un'attività frenetica e ad alta tensione!
credit NASA - clicca per ingrandire, click, to enlarge
Oltre alle macchie dicevo, e ai buchi coronali (responsabili del vento solare veloce e visibili solo ai raggi X) ...
... i grandi protagonisti sono Flares e Cme (Emissioni di Massa Coronale), i cui prodotti si mescolano alla patina del vento solare costante, che "soffia" fino ai confini del Sistema Solare fino alla Eliopausa.
credit video NASA, clicca per ingrandire, click to enlarge
Anche se non sono i flares a provocare l'Aurora, tuttavia contribuiscono a produrre seri disturbi e danni, soprattutto dall'alta troposfera in su.
alta troposfera (confine tra Troposfera e Stratosfera), dove il vapor acqueo comincia a scarseggiare e l'aria inizia a farsi più rarefatta
Il confine tra Troposfera e Stratosfera è ben visibile in questa bella immagine.
 
L'infografica aiuta a visualizzare meglio i confini delle zone a rarefazione diversa, cosa che si vede altrettanto bene nella salita dei palloni stratosferici.
 
"Attori" diversi generano tipi diversi di Tempeste
"Tempeste di Radiazione solare- responsabili i Flares
Esplosioni di radiazione elettromagnetica (Radio, IR, visibile, UV, X, gamma), nelle quali finiscono anche i protoni malcapitati che si trovano nella traiettoria...
credit NASA - clicca per ingrandire, click to enlarge
... la nuvola di protoni ad alta energia (macchia rossa), velocissima, va a degradare le comunicazioni radio sul lato soleggiato della Terra, ma anche la radiazione elettromagnetica (in particolare raggi UV) causa problemi sulla densità atmosferica.
utile infografica che mostra la "patina" del vento solare (verde) costante in cui sono frammiste le ondate di Flares (nuvola rossa di protoni ad alta energia) e Cme
"Tempeste Geomagnetiche" - responsabili le Cme
L'enorme massa coronale e i campi magnetici che la trascinano via...
il Sole è oscurato nel cerchio centralecredit NASA, satellite STEREO Ahead - clicca per ingrandire, click to enlarge
... raggiungono la Terra come un colossale oceano di particelle ...
elaborazione grafica di Tiziana "Tirtha" Giammetta - clicca per ingrandire, click to enlarge
... disturbando la magnetosfera terrestre ("geo" = Terra) e andando ad energizzare la coda magnetica e il generatore aurorale.
coda magnetica (magnetotail) dove tramite "riconnessione magnetica" si attiva il generatore aurorale. Recenti ricerche dimostrano che la riconnessione può avvenire anche molto più vicino alla Terra
Potenziale pericolosità e tempistiche
Flare
Un flare, per rappresentare per noi un pericolo, deve essere diretto verso la Terra: considerando la sua altissima velocità ...
la velocità è quella della radiazione elettromagnetica nel vuoto
... ci raggiunge in tempi brevissimi, la radiazione impiega solo 8 minuti ad arrivare da noi (viaggiando alla pazzesca velocità di 300.000 km/secondo nel vuoto)
la radiazione elettromagnetica impiega pochi minuti per raggiungere i 150 milioni di km che ci separano dal Sole (distanza enorme per noi, una briciola insignificante per il Cosmo)
…mentre i protoni ad alta energia accelerati dall'esplosione possono impiegare anche solo una mezzora (e per questo sono così pericolosi), pazzesco!
 
A seconda poi della sua energia un flare può creare seri problemi in alta atmosfera, maattenzione, non raggiunge la bassa atmosfera né il terreno.
protoni sono catturati dalla magnetosfera mentre le radiazioni filtrate in Ionosfera e in Ozonosfera.
dal basso: troposfera, tropopausa, stratosfera, strato di ozono (in rosso), mesosfera, ionosfera (aurore)
Nel prossimo episodio racconto una panoramica di disturbi e danni provocati dai Flares:
ai satelliti in alta quota
- con conseguenze sull'orbita e sui sistemi GPS
- sugli astronauti in EVA a 400 km
- sui passeggeri di voli ad alta quota transpolari
- sulle comunicazioni radio ad alta frequenza
Cme - Eruzione di Massa Coronale
Una Cme è più "lenta": quando diretta verso di noi, ci raggiunge in tempi più lunghi, da 1 fino a 5 giorni, a seconda dell'energia che la veicola.
sequenza di espulsione di massa coronale, credit NASA - clicca per ingrandire, click to enlarge
Sotto hai una comoda infografica che mostra le 2 componenti:
– radiazione elettromagnetica (prime 3 strisce: luce bianca o visibile, emissioni raggi X, emissioni di "rumore" Radio - più rare)
– particelle ad alta energia (3 strisce sottostanti la metà: particelle energetiche, tempeste magnetiche, vento solare costante)
Utile infografica che schematizza gli "effetti solari dinamici e quelli costanti" del Sole sulla Terra, e relativi tempi di arrivo - clicca per ingrandire, click to enlarge
Radiazioni anche dagli scontri!
Sappiamo infatti che anche dallo scontro del campo magnetico delle Cme con il campo magnetico del vento solare costante possono scaturire particelle ad alta energia che causano radiazioni ionizzanti...
 
... e anche i protoni ad alta energia dei Flares negli scontri con altri oggetti (particelle o pareti di satelliti, sonde, base spaziale) producono radiazioni e particelle secondarie.
astronauti in E.V.A. Attività Extra Veicolare, il rischio di radiazioni aumenta perché non più protetti dalle pareti schermanti della Base Spaziale ISS - credit NASA, clicca per ingrandire, click to enlarge
Oltre a provocare disturbi in alta quota, a differenza dei flares una Cme può avere inveceeffetti fino in superficie e in certi casi in profondità, sempre a seconda della sua energia.
Nell'episodio successivo racconto invece dei disturbi e danni provocati da Tempeste geomagnetiche "rare ma significative":
ai satelliti nella loro orbita
- problemi ai sistemi GPS
- disturbi radio
- blackout elettrici in vaste regioni
e le nostre famosissime Aurore
Probabilità di essere investiti da Flares o Cme
(sempre se rivolti verso la Terra)
Cme
Le Cme hanno maggiori probabilità di avere un effetto significativo sulle nostre attività perché trasportano più materiale in un volume più ampio di spazio interplanetario ...
tratto dal video della NASA
... inoltre guidano un'onda d'urto che può continuamente produrre particelle energetiche mentre si propaga attraverso lo spazio interplanetario aprendosi a ventaglio.
 
Flares
flares invece sono più mirati, un po' come l'arciere che deve fare centro scoccando la freccia, e solo una parte delle particelle fugge via nella direzione dell'esplosione raggiungendoci.
livelli di radiazioni aumentano in base alla potenza del flare e alla quantità di particelle che viene espulsa e sparata via.
brillamento di classe X, credit NASA - clicca per ingrandire, click to enlarge
Per concludere rammenta...
Ricorda infine, perché è facile non considerarlo, che essendo il Sole una sfera di plasma rotante, il campo magnetico risulta assai contorto...
... il vento solare che viene emesso prende la forma di una spirale di Archimede rotante nello spazio interplanetario, che si alza e si abbassa, detta perciò "gonna di ballerina".
 
Le fuoriuscite di energia e materia causate dalle esplosioni seguono quindi un percorso tanto più curvo quanto meno sono energetiche e potenti/veloci (questo però non significa che le Cme siano poco potenti, al contrario...).
vento solare di bassa potenza a sinistra, vento solare ad alta energia a destra
Per dirla in parole povere, più è potente l'esplosione, più il percorso verso la Terra è diretto; più è "debole" l'esplosione, più il percorso segue l'andamento del campo magnetico a spirale.
Link utili:
- ringraziamento particolare a Rossana Miani per la preziosa consulenza in tema di macchie solari, minimi e massimi, presso Gruppo Astrofili Maserà di Padova e admin presso SPF gruppo fb Spazio Penultima Frontiera
Mauro Messerottiastrofisico presso INAFIstituto Nazionale di AstroFisica
video NASA sulle differenze tra Cme e Flares