Tempeste solari: le particelle energetiche “possono arrivare sulla Terra molto rapidamente, dobbiamo essere pronti”

"Comprendendo meglio i processi del Sole, possiamo migliorare le previsioni in modo che, quando arriverà una grande tempesta solare, avremo il tempo di agire"

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La fonte di particelle solari potenzialmente pericolose, rilasciate dal Sole ad alta velocità durante le tempeste nella sua atmosfera esterna, è stata individuata per la prima volta dai ricercatori della UCL e della George Mason University (Virginia, USA): queste particelle sono altamente cariche e, se raggiungono l’atmosfera terrestre, possono potenzialmente interferire con i satelliti e le infrastrutture elettroniche, oltre a rappresentare un rischio di radiazioni per gli astronauti e le persone negli aerei. Nel 1859, durante quello che è noto come Evento Carrington, una grande tempesta solare mandò in tilt i sistemi telegrafici in Europa e in America. Con il mondo moderno così dipendente dall’infrastruttura elettronica, il danno potenziale è di gran lunga maggiore.

Per ridurre al minimo il pericolo, gli scienziati stanno cercando di capire come vengono prodotti questi flussi di particelle in modo da poter prevedere meglio quando e come potrebbero influenzare la Terra.
Nel nuovo studio, pubblicato su Science Advances, i ricercatori hanno analizzato la composizione delle particelle energetiche solari dirette verso la Terra e hanno scoperto che avevano la stessa “impronta digitale” del plasma situato nella parte bassa della corona solare, vicino alla regione centrale dell’atmosfera, la cromosfera.
La co-autrice dott.ssa Stephanie Yardley (UCL Mullard Space Science Laboratory, MSSL) ha spiegato: “Nel nostro studio abbiamo osservato per la prima volta esattamente da dove provengono le particelle energetiche solari sul Sole. Le nostre prove supportano le teorie secondo cui queste particelle altamente cariche provengono da plasma che viene mantenuto in basso nell’atmosfera del Sole da forti campi magnetici. Queste particelle energetiche, una volta rilasciate, vengono poi accelerate da eruzioni che viaggiano a una velocità di alcune migliaia di km/s.
Le particelle energetiche possono arrivare sulla Terra molto rapidamente, da pochi minuti a poche ore, con eventi che durano per giorni. Al momento, possiamo solo fornire previsioni di questi eventi mentre si verificano, dato che è molto difficile prevedere questi eventi prima che si verifichino. Comprendendo meglio i processi del Sole, possiamo migliorare le previsioni in modo che, quando arriverà una grande tempesta solare, avremo il tempo di agire per ridurre i rischi“.

tempesta solareL’autore principale, il dottor David Brooks (George Mason University e professore associato onorario presso l’UCL MSSL) ha affermato: “Le nostre osservazioni forniscono uno scorcio allettante sulla provenienza del materiale che produce particelle energetiche solari in alcuni eventi dell’ultimo ciclo solare. Ora sta iniziando un nuovo ciclo solare, e una volta ben avviato, useremo le stesse tecniche per osservare se i nostri risultati sono validi in generale, o se questi eventi sono in qualche modo insoliti.
Siamo fortunati, in quanto è probabile che la nostra comprensione dei meccanismi alla base delle tempeste solari e delle particelle energetiche solari progredisca rapidamente nei prossimi anni grazie ai dati che saranno acquisiti da due sonde – Solar Orbiter dell’ESA e Parker Solar Probe della NASA – che si stanno dirigendo più vicino al Sole di quanto mai avvenuto finora“.
Nello studio, i ricercatori si sono avvalsi delle misurazioni del satellite Wind della NASA, situato tra il Sole e la Terra, per analizzare una serie di flussi di particelle energetiche solari, ciascuno della durata di almeno un giorno, nel gennaio 2014, ed hanno confrontato questo dato con i dati spettroscopici della sonda Hinode di JAXA.
Gli scienziati hanno scoperto che le particelle energetiche solari misurate dal satellite Wind avevano la stessa firma chimica – abbondanza di silicio rispetto allo zolfo – rispetto al plasma confinato vicino alla parte superiore della cromosfera del Sole. Queste zone si trovavano ai piedi di archi coronali caldi, cioè alla base di anelli di campo magnetico e plasma che si estendevano nell’atmosfera esterna del Sole e viceversa.
Usando una nuova tecnica, il team ha misurato la forza del campo magnetico coronale in queste aree e ha scoperto che era molto alta, da 245 a 550 Gauss, confermando la teoria secondo cui il plasma è trattenuto nell’atmosfera del Sole da forti campi magnetici prima del suo rilascio nello Spazio.

tempesta solareLe particelle energetiche solari vengono rilasciate dal Sole e vengono accelerate dai brillamenti solari (grandi esplosioni) o dalle espulsioni di massa coronale – espulsioni di enormi nubi di plasma e campo magnetico. Circa 100 eventi di particelle energetiche solari si verificano ogni ciclo solare di 11 anni, sebbene questo numero vari da ciclo a ciclo.
Le ultime scoperte supportano l’idea secondo cui alcune particelle energetiche solari provengano da una fonte diversa dal vento solare lento (la cui origine è ancora dibattuta), poiché sono confinate in condizioni specifiche in anelli coronali caldi al centro della regione sorgente. Un vento solare più veloce viene emesso continuamente dal Sole: il suo incontro con l’atmosfera terrestre può generare l’aurora boreale.
Le particelle ad alta energia rilasciate nel gennaio 2014 provenivano da una regione volatile del Sole che generava frequenti brillamenti solari e CME e un campo magnetico estremamente forte. La regione, nota come 11944, all’epoca era una delle più grandi regioni attive sul Sole ed era visibile agli osservatori sulla Terra come una macchia solare, una macchia scura sulla superficie del Sole.
Un’allerta per forte tempesta di radiazioni era stata emessa a quel tempo dal NOAA/NWS Space Weather Prediction Center, ma l’evento particellare energetico solare non ha causato alcun disturbo all’interno dell’atmosfera terrestre, sebbene i sistemi informatici della sonda Hinode abbiano registrato l’impatto di particelle.
È stata effettuata una misurazione dell’intensità del campo magnetico all’interno della regione 11944, in uno studio separato, e si è così scoperto che è stata una delle più alte mai registrate relativamente al Sole: 8,2 kG.

Fonte: Science Daily / David H. Brooks, Stephanie L. Yardley. The source of the major solar energetic particle events from super active region 11944. Science Advances, 2021; 7 (10): eabf0068 DOI: 10.1126/sciadv.abf0068