“In a nutshell” about Aurora -12a. Tempeste solari

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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 approfondire il “Meteo Spaziale“.

il “Meteo Spaziale” condiziona la vita sul nostro pianeta, non sempre in modo invisibile…, credit NASAclicca 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 Nasaclicca 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. Ricordi questa infografica che ti ho presentato all’inizio?

Qui si evidenziano macchie solari, Flare, Cme e vento solare. Puoi ingrandire i dettagli cliccando sulla lente, credit NOAA 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 Mianiclicca 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 Messerotticlicca 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 Fiorettoclicca per ingrandire, click to enlarge

La situazione può farsi davvero turbolenta in certi periodi…

Questa immagine è datata 31 marzo 2001, credit NASAclicca 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 NASAclicca per ingrandire, click to enlarge

Oltre alle macchie dicevo, e ai buchi coronali (responsabili del vento solare veloce e visibili solo ai raggi X ed UltraVioletti) …

… i grandi protagonisti sono Flares e Cme (Emissioni di Massa Coronale), i cui prodotti si mescolano alla “patina” del vento solare costante…

credit video NASA, clicca per ingrandire, click to enlarge

… che “soffia” fino ai confini del Sistema Solare, l’Eliopausa.

visibili nello schema le linee di forza del campo magnetico, a spirale, e la direzione del vento solare (frecce)

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 NASAclicca 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 centrale della spettroeliografìa, credit 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

Sono le Cme e l’oceano di particelle da esse trasportate, le grandi responsabili delle splendide Aurore, come hai visto lungo tutto questo percorso insieme a me!

credit Maciej Winiarczyk clicca per ingrandire, click to enlarge

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, ma attenzione, non raggiunge la bassa atmosfera né il terreno.

I 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 NASAclicca per ingrandire, click to enlarge

Oltre a provocare disturbi in alta quota, a differenza dei flares una Cme può avere invece effetti 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

Radiazioni anche dagli scontri!

Sappiamo inoltre 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

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 propagazione clicca per ingrandire, click to enlarge

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 …

nota come l’onda causata dalla Cme sia vasta rispetto al puntino Terra, 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

I 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.

I 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 NASAclicca 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 delle linee del campo magnetico.

Per questo è tanto importante monitorare l’attività solare, valutare la potenza delle esplosioni e la direzione delle stesse, per essere preparati e reattivi nel caso, come vediamo nei prossimi tre post, esse ci raggiungano provocando disturbi e danni più o meno gravi in atmosfera, in superficie e perfino in profondità. Arrivederci quindi.

Febbraio 2020, il satellite SDO – Osservatorio sulle dinamiche solari della NASA, celebra 10 anni di attività, credit NASA’s Goddard Space Flight Center

Gli altri post della serie “In a nutshell” about Aurora:
– “In a nutshell” about Aurora – 0. Il Sole
– “In a nutshell” about Aurora – 1. Riconnessione Magnetica
– “In a nutshell” about Aurora – 2a. Flares vs CME: scontro di Titani
– “In a nutshell” about Aurora – 2b. Flares vs CME: scontro di Titani

– “In a nutshell” about Aurora – 3a. Campo magnetico terrestre
– “In a nutshell” about Aurora – 3b. Fasce di Van Allen
– “In a nutshell” about Aurora – 3c. Cometa, toroidi e particelle
“In a nutshell” about Aurora – 3d. radiazioni
“In a nutshell” about Aurora – 3e. radiazioni a confronto

“In a nutshell” about Aurora –3f. radiazioni e ISS
“In a nutshell” about Aurora -4. Cuspidi polari
“In a nutshell” about Aurora -5. Generatore aurorale

“In a nutshell” about Aurora -6. Altitudine e forme
“In a nutshell” about Aurora -7a. Colori, l’origine
“In a nutshell” about Aurora -7b. Colori, la magia
“In a nutshell” about Aurora -8. luminosità, movimento e calore

“In a nutshell” about Aurora -9. Curiosità
“In a nutshell” about Aurora -10. Suoni

“In a nutshell” about Aurora -11. Emozioni e considerazioni
“In a nutshell” about Aurora -12b. Disturbi e danni da Flare

Link utili:
Rossana Miani, presso Gruppo Astrofili Maserà di Padova e admin presso SPF gruppo fb Spazio Penultima Frontiera
Mauro Messerotti, astrofisico presso INAF, Istituto Nazionale di AstroFisica, Osservatorio Astronomico di Trieste (Oats)
video NASA sulle differenze tra Cme e Flares
SpaceWeatherLive.com, attività aurorale e solare in tempo reale
SILSO – Indice solare e osservazioni solari a lungo termine – Grafica del numero di macchie solari

NASA’s Goddard Space Flight Center
– elaborazioni grafiche di Tiziana “Tirtha” Giammetta

– foto di Aurora di Maciej Winiarczky

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