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Malfunzionamenti satellitari, Gps e blackout radio
Mentre la tempesta di RADIAZIONE solare degrada le comunicazioni radio e investe il lato soleggiato della Terra di radiazioni pericolose…
…e mentre la tempesta geomagnetica attiva il generatore aurorale nella coda magnetotail e i canali vorticanti delle Cuspidi polari, producendo l’Aurora…
… in modo invisibile si producono tutta una serie di conseguenze più o meno gravi sia in alta che in bassa atmosfera e sulla superficie.
La battaglia mortale che l’Aurora nasconde
Le Aurore segnalano battaglie mortali lontane!
Una magia spettacolare che ti distrae da ciò che sta accadendo altrove! Quindi cos’altro sta accadendo che non puoi vedere?
L’aurora è davvero uno spettacolo da togliere il fiato e provocare emozioni profonde ed intense, e questo soprattutto se hai avuto la fortuna di assistere dal vivo.
Ma tutta questa bellezza in realtà, in alcune occasioni eccezionali, nasconde anche tutta una serie di conseguenze spiacevoli in atmosfera e a terra.
Vediamo insieme quali effetti si sono prodotti e si producono, durante alcuni spettacoli di rara bellezza, tutt’intorno a te, che neanche sospetti.
Scenario realistico, basato su riscontri reali
Oggi siamo enormemente più dipendenti dalla tecnologia rispetto a decenni fa, e questo ci rende tremendamente più vulnerabili a questo tipo di evento.
Se oggi capitasse una coppia di esplosioni così straordinariamente sfortunata, ci metterebbe senza dubbio in ginocchio …
… provocando danni incalcolabili …
… migliaia di vittime e tempi di ripresa che si conterebbero in anni.
C’è anche tuttavia da dire che esistono piani di emergenza per ridurre al minimo i danni …
… e i nostri sistemi di previsione dell’attività solare migliorano costantemente grazie a telescopi sempre più sofisticati e ad un monitoraggio costante.
Il Moscow è uno dei soli tre centri presidiati 24/7 da “esperti meteorologi spaziali“. Gli altri due sono entrambi negli Stati Uniti (NOAA Space Weather Prediction Center e US Air Force 557 th Weather Wing)
Sappiamo ad esempio che non tutti i brillamenti sono per noi pericolosi: mentre quelli di classe A, B e C non producono conseguenze di rilievo per la Terra, bisogna invece temere quelli di classe M e X (vedi “Eventi di Carrington e di Halloween”).
Considera ora …
… l’ipotesi del Ciclo solare al suo massimo con meteo solare in piena attività (ora siamo all’inizio del ciclo 25 che ci si aspetta però ragionevolmente “tranquillo” come il precedente 24) …
… ma tieni presente che tempeste molto intense, in grado di far danni a volte peggiori sulla Terra, possono avvenire anche durante il ciclo solare discendente, quindi nel minimo.
Anche se Flare e Cme non sono sempre necessariamente associati, nell’ipotesi infelice che si verifichino in contemporanea…
… (eventualità che per il nostro sistema di monitoraggio significherebbe più o meno osservare le esplosioni frontalmente a noi, come nel cerchio) …
… di potenza titanica e “fuori scala” come accade in occasioni rarissime (Michele Diodati), e malauguratamente diretti verso la Terra …
… possiamo allora distinguere 2 fasi, e in questo post considero la prima.
1^ Fase, immediata! >>> Flare in arrivo…
Appena 8′ e 30′ dopo il flare
Tempesta di radiazione solare. Si riversa sulla Terra una doppia “pioggia“:
– in soli 8 minuti
pioggia radioattiva (raggi UV, radio, gamma ma soprattutto X “molli”)
– in appena mezzora
pioggia di protoni ad altissima energia (velocità 1/3 della luce)
Tuttavia ricorda, l’energia di quei protoni non è sufficiente per penetrare la bassa atmosfera e raggiungere la superficie.
Con quali conseguenze?
Ecco una comoda infografica schematica di ciò che vado ad elencare ora.
(Nota: delle distruzioni di reti elettriche e cavi sotterranei se ne parla a proposito delle Cme – eruzioni di massa coronale – nel prossimo episodio).
BLACKOUT delle Radiofrequenze ed INTERRUZIONE delle comunicazioni
COMPROMESSE le comunicazioni satellitari…
… e le comunicazione con gli aerei e radiocomunicazione a onde corte
Subiscono INTERRUZIONI il sistema GPS …
… ma ricorda che ci sono anche altre costellazioni di satelliti che servono per il posizionamento e la navigazione: il russo GLONASS, il cinese BeiDou e l’europeo Galileo …
… la tv satellitare e via cavo, la radio satellitare…
… la nostra amata telefonia mobile e quella satellitare
Spesso interrotte le radio amatoriali con frequenze inferiori ai 30 Mhz
MALFUNZIONANTI O FUORI USO gli impianti di comando basati sul GPS a causa dalle emissioni radio.
Molti voli sono posticipati (delayed) per motivi di sicurezza
I piloti in volo devono proseguire senza GPS e altri strumenti
Nelle ZONE POLARI …
… vengono chiusi i corridoi aerei e deviate le rotte …
… visto che gli aerei su rotte polari devono per forza utilizzare le comunicazioni radio HF in quelle regioni (non è possibile usare i satelliti in orbita equatoriale per l’angolo di elevazione troppo piccolo).
Nella regione polare, aumentano l’errore di posizionamento satellitare (cioé l’errore di lettura dei satelliti della posizione sulla Terra degli oggetti che seguono)…
… e il rischio di esposizione dei passeggeri e dell’equipaggio alle radiazioni.
Senza GPS, sono fuori uso aerei e navi …
… gli antifurto …
… ma anche le auto perdono il sistema di navigazione.
La ISS (Base Spaziale Internazionale) orbita molto più in basso (400 km) rispetto ai satelliti colpiti e quindi è più al sicuro …
… ma gli astronauti in E.V.A. (Extra Vehicolar Activities) devono preoccuparsi casomai delle esposizioni cumulative …
– in effetti è imperativo per la Nasa: NON si esce in questa eventualità, abbandonando la protezione delle pareti schermate della Stazione Spaziale –
… e dei potenziali danni al DNA causati dai protoni altamente energetici che penetrano in profondità nella pelle
Stesso discorso per i passeggeri dei voli in alta quota alle latitudini polari, per cui il sistema di monitoraggio delle radiazioni è sempre attivo.
Le tempeste di radiazioni sprigionano il massimo della loro potenza nella prima ora e poi si attenuano, ma possono durare per ore o persino giorni.
Prima di concludere, resisti, brevi approfondimenti (zoom)…
… sulle “anomalie” che interessano i satelliti.
Molte componenti dell’ambiente spaziale hanno effetti dannosi sui satelliti:
- quelle a BASSA ENERGIA (fotoni UV, IR, Radio e particelle) interagiscono con la superficie del satellite (celle solari ed antenne)
- quelle a più ALTA ENERGIA (fotoni X, gamma e particelle), rappresentano un pericolo per gli astronauti e possono penetrare all’interno del satellite
Grazie all’ottima tesi di laurea della fisica Elena Orlando, posso accennare ad alcune affascinanti anomalie:
– Charging = carica superficiale, effetto fotoelettrico (fotoni UV)
– Single Event Upsets = disturbi da singolo evento (protoni solari)
– Spacecraft Drag = “trascinamento/rallentamento” dell’orbita a causa del maggiore attrito atmosferico (raggi UV)
Zoom 1: anomalie satellitari – “Charging“
Causa: fotoni UV – effetto fotoelettrico – “superfici cariche”
Danni: superficiali e alla lunga sull’elettronica
Fotoni creano una diversa carica elettrica sulle superfici illuminate e su quelle in ombra …
… e i raggi UV (ultravioletti) inducono reazioni chimiche che modificano le proprietà termiche del satellite e degradano le celle solari.
Quindi: le superfici cariche non causano problemi immediati al satellite, MA… scariche elettriche risultanti da differenze di carica…
… possono danneggiare la superficie dei materiali e creare interferenze elettromagnetiche che possono rovinare i sistemi elettronici.
Infatti, prendendo a prestito una utile infografica della Nasa riguardante una ricerca sulle scariche elettriche sulla Luna: “una sufficiente ricarica superficiale causa scintille”
Zoom 2: anomalie satellitari – “Single Event Upsets”
Causa: protoni solari ad alta energia – “disturbi da singolo evento”
Danni: sovraccarichi, corto circuito
Le particelle cariche (protoni) che penetrano in profondità nei sofisticati apparati elettronici dei satelliti artificiali in orbita …
… causano sovraccarichi di tensione e possibili danni ai circuiti, da cui conseguono malfunzionamenti e anomalie fino al corto circuito.
Zoom 3: degradazione comunicazioni radio in alta frequenza HF e GPS
Causa: protoni solari – filtro di “elettroni liberi“
Danni: disturbi ionosferici della “degradazione” e “scintillazione”
Gli stessi protoni ad alta energia sono anche i responsabili dei disturbi ionosferici detti “degradazione” e “scintillazione“, che influenzano le comunicazioni radio HF e le trasmissioni in riflessione …
… e che sono il principale fattore che causa errori nel posizionamento dei satelliti per la navigazione con GPS.
I protoni ad alta energia ionizzano atomi e molecole nell’alta atmosfera …
… provocando l’emissione di grandi quantità di elettroni liberi che formano una specie di “filtro” alla base della Ionosfera, il quale causa deviazioni e rallentamenti nei segnali.
Tali elettroni liberi, quando la ionosfera è disturbata si distribuiscono in modo non omogeneo in zone a più alta e più bassa densità elettronica, e ciò è causa della “scintillazione“.
Questo provoca fluttuazioni rapide dell’intensità dei segnali GPS registrati dal ricevitore a terra.
La ionosfera può quindi presentare irregolarità di densità elettronica che possono causare diffrazione e dispersione dei segnali radio che la attraversano.
Tale filtro assorbendo le trasmissioni radio in alta frequenza le degrada provocando anche BLACKOUT RADIO.
Zoom 4: orbite satelliti a rischio – “spacecraft drag“
Causa: raggi UV e densità atmosferica – “attrito satellitare”
Danni: trascinamento dell’orbita verso il basso, maggiore attrito, distruzione satellite
Raggi X ed UV impattano sulla densità dello strato atmosferico dove orbitano i satelliti. Gli UV colpiscono violentemente la Ionosfera e questa riscaldandosi si espande verso l’alto.
Mentre i satelliti stanno orbitando, gli strati di aria rarefatta più calda si alzano e così, in poco tempo, tali satelliti a circa 1.000 km di altezza si trovano in realtà ad orbitare in uno strato che è più denso perché stava sotto.
Questo aumento di densità comporta maggiore attrito e lentamente modifica l’orbita gravitazionale: in pratica la maggiore densità tende a “trascinare giù” il satellite con il rischio di farlo bruciare, se non si effettuano correzioni.
“Space Risk”: radiazioni e voli transpolari
Alle altitudini a cui volano gli aerei di linea (9-12.000 metri) …
… il numero di protoni solari sui Poli è il doppio del loro numero sull’equatore, e aumentano con l’approssimarsi del picco del ciclo solare.
Il cancro può essere provocato quando i protoni solari ultraenergetici colpiscono i tessuti del corpo umano con tale violenza che un elettrone può essere espulso da un atomo di una cellula, disintegrando la cellula.
Però può succedere anche quando i protoni colpiscono un atomo dell’aria o delle pareti dell’aereo …
… liberando un neutrone il quale può colpire i tessuti e danneggiare le cellule (Abatianni). Per questo il monitoraggio di questo aspetto è costante da parte delle compagnie aeree!
Missioni Apollo: scampata per un pelo!
- Apollo 12
gli astronauti camminarono sulla Luna solo poche settimane dopo un enorme flare i cui protoni li avrebbero investiti con una raffica di radiazioni particellari da 100 rem
Un uomo può assorbire fino a 50 Rem, ma nell’arco di un intero anno!
- tra Apollo 16 e Apollo 17
un enorme flare avrebbe ucciso in pochi minuti gli astronauti in passeggiata lunare, con un’incredibile vampata di radiazioni particellari da 700 rem
La dose mortale giornaliera è 500 rem!
4 novembre 2003: evento di “Halloween”, X45
Tra il 19 ottobre e il 7 novembre 2003, con picco al 31 ottobre, si sussegue una serie di 17 esplosioni solari eccezionali avvenute durante la fase discendente del ciclo solare.
Interrompe completamente le comunicazioni satellitari e danneggia i segnali GPS per circa 10 minuti: è talmente potente da danneggiare la strumentazione scientifica a bordo del satellite GOES 13 in orbita per rilevare i raggi X solari.
Ti sei divertito/a? Credi che quanto raccontato fino a qui sia davvero inquietante? Ti posso assicurare che il peggio deve ancora arrivare! Basta aspettare altre 20 ore circa…
Non perderti i prossimi due post sulle Cme e su una simulazione ai nostri giorni. Ti lascio con questa infografica utilissima per verificare quanto hai appreso e per anticipare il prossimo post. Ciao!
La serie completa “In a nutshell” about Aurora
Link utili:
– Il campo magnetico della Terra: “la silenziosa minaccia delle tempeste solari“, della Professoressa Anna M. Abatianni
– Space Weather Forecast Center
– Met Office Space Weather Operations Center – MOSWOC, Space Weather, Blog del team di Met Office
– NOAA’s Space Weather Prediction Center
– Docenti.unina.it, GNSS Global Navigation Satellite Systems, GPS Global Positioning System
– Università degli Studi di Trieste, “Atmocube: analisi di un satellite per lo studio dell’atmosfera terrestre“, Tesi di Laurea in Fisica di Elena Orlando
– “Il Gps non funziona!” di Lucilla Alfonsi per INGV Istituto Nazionale Geofisica e Vulcanologia
– Scintillazioni ionosferiche, INGV
– “Interazioni delle radiazioni con la materia“, Università degli Studi di Cagliari, dottoressa Bernardini
– “Tempeste di Halloween“, INGV
– video NASA confronti tra Cme e Flares
– “Giorni di Tempeste Geomagnetiche“, Spazio Tempo Luce Energia, di Michele Diodati
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