Un team dell’Applied Physics Lab sta lavorando per comprendere la complessa scienza che si cela dietro la previsione di minacce invisibili in grado di paralizzare rapidamente le infrastrutture della rete elettrica terrestre. La mattina dell’1 settembre 1859, gli operatori telegrafici di tutto il Nord America e dell’Europa persero improvvisamente il controllo delle loro apparecchiature. Le linee si interruppero. I fili emisero scintille e presero fuoco. Gli operatori ricevettero scosse elettriche. La fonte di questo diffuso disturbo si trovava a oltre 150 milioni di chilometri di distanza: il Sole. Quella notte, una tempesta solare causò la comparsa di brillanti aurore boreali ben oltre i poli terrestri, svegliando le persone in alcune regioni che scambiarono la luce per l’alba.
Più di un secolo dopo, in un mondo dipendente dall’elettricità, un’altra tempesta solare colpì la Terra. Il 13 marzo 1989, il disturbo mandò in tilt la rete elettrica della provincia del Quebec in meno di due minuti, lasciando milioni di persone senza elettricità per ore.
Dai telegrafi ai satelliti
Gli scienziati descrivono questa minaccia invisibile come meteo spaziale. Tutto ha inizio con la volatilità del Sole: brillamenti solari ed espulsioni di massa coronale che emettono raffiche di energia e particelle cariche nello spazio. Quando queste perturbazioni raggiungono la Terra, non colpiscono direttamente il suolo. Interagiscono invece con il campo magnetico e l’alta atmosfera del pianeta, innescando una catena di effetti che gli scienziati stanno cercando di comprendere meglio. “Non sappiamo con precisione quando si verificheranno queste tempeste, quanto saranno intense o quanto dureranno”, afferma Ian Cohen, fisico spaziale presso il Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, esperto di meteo spaziale.
Nel mondo di oggi, queste perturbazioni possono interferire con le tecnologie che regolano la nostra vita quotidiana. I segnali GPS possono diventare inaffidabili, facendo deviare aerei o navi dalla rotta. Le correnti elettriche possono aumentare improvvisamente lungo le linee di trasmissione, causando interruzioni di corrente in alcune parti della rete elettrica. In orbita, i satelliti possono perdere quota a causa dell’espansione dell’atmosfera, alterando le loro traiettorie.
Se una tempesta solare estrema come quella del 1859, nota come Evento di Carrington, si verificasse oggi, questi impatti si propagherebbero in un mondo molto più interconnesso e dipendente dallo spazio. “Stiamo inviando sempre più oggetti nello spazio e ne stiamo vedendo gli effetti quando si verificano fenomeni meteorologici spaziali”, afferma Cohen.
Colmare il punto cieco del geospazio
Il meteo spaziale rimane difficile da prevedere. Gli scienziati possono monitorare l’attività del Sole e le condizioni vicino alla Terra, ma si sa molto meno di ciò che accade tra di esse. Solo una manciata di sonde spaziali monitora la regione intorno alla Terra, nota come geospazio, lasciando ampie lacune in ciò che gli scienziati possono osservare direttamente. “Non abbiamo ancora una piena comprensione della complessità fisica del geospazio“, afferma Slava Merkin, direttore del NASA DRIVE (Diversify, Realize, Integrate, Venture, Educate) Science Center for Geospace Storms, guidato dall’APL.
Il modello MAGE
Un modello computerizzato sviluppato dal centro, chiamato MAGE, sta cercando di colmare questa lacuna. Acronimo di Multiscale Atmosphere Geospace Environment, MAGE simula un’area di circa 1,6 milioni di chilometri intorno alla Terra. Questo modello computerizzato su larga scala integra diverse regioni, tra cui la magnetosfera, l’alta atmosfera e lo spazio circostante, per tracciare come l’energia di una tempesta solare si propaga attraverso questo ambiente e fino alle tecnologie che può danneggiare.
I modelli precedenti trattavano queste regioni separatamente. MAGE le unisce, fornendo una visione più completa di come le perturbazioni si propagano nel geospazio, in modo simile a come i modelli meteorologici terrestri possono combinare dati provenienti da oceani, atmosfera e terraferma in un modello di previsione unificato. “Stiamo cercando di imparare a comprenderlo come un sistema complesso, proprio come le previsioni meteorologiche o climatiche“, afferma Merkin.
Il modello è frutto di una collaborazione nell’ambito del programma DRIVE della NASA, con l’APL a capo di una rete di istituti di ricerca in tutto il Paese. Nel 2025, il team ha rilasciato MAGE come strumento open source per i ricercatori di tutto il mondo.
Testare le tempeste dopo il loro impatto
Al momento, non esiste un modello in grado di prevedere con certezza quando il Sole erutterà. MAGE, invece, simula ciò che accade dopo l’inizio di un evento solare e il suo raggiungimento della Terra. Nel febbraio 2022, i ricercatori hanno utilizzato il modello per ricostruire una tempesta geomagnetica che ha colpito un gruppo di satelliti Starlink appena lanciati. Nel giro di pochi giorni, decine di satelliti avevano perso quota. MAGE ha mostrato come la tempesta abbia riscaldato ed espanso l’atmosfera superiore terrestre, rendendo l’aria più densa e aumentando la resistenza aerodinamica sui satelliti.
Durante una forte tempesta solare nel maggio 2024, una delle più intense degli ultimi vent’anni, i ricercatori hanno utilizzato MAGE per simulare come le perturbazioni si siano propagate nel geospazio, con segnali GPS oscillanti, comunicazioni radio interrotte e aurore boreali che hanno illuminato cieli inaspettati.
Al di fuori della Terra, le conseguenze delle condizioni meteorologiche spaziali sono ancora più immediate. Per gli astronauti che viaggiano al di fuori del campo magnetico terrestre, gli eventi solari possono significare un’esposizione diretta alle radiazioni. Man mano che le missioni spaziali spingono gli astronauti sempre più lontano, dal ritorno sulla Luna alle future spedizioni su Marte, la distanza tra l’uomo e il Sole, sempre più imprevedibile, si riduce ulteriormente. “MAGE è uno degli strumenti che ci aiuterà a trasformare il modo in cui comprendiamo e prevediamo tutto questo”, afferma Merkin. “Questo potrebbe, in futuro, darci più tempo per reagire”.
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