Nel maggio 2024, la Terra è stata investita dalla tempesta geomagnetica più intensa dai tempi delle cosiddette “tempeste di Halloween” del 2003. Questa “super tempesta” ha colorato i cieli notturni di molte parti del mondo con spettacolari aurore e ha causato disservizi a diverse infrastrutture, interferendo ad esempio con i segnali GPS utilizzati dai macchinari agricoli. Le osservazioni satellitari hanno rivelato che, durante l’evento, la fascia di radiazione di Van Allen esterna ha subito una perdita improvvisa e drastica di elettroni ad alta energia. Xingzhi Lyu e colleghi hanno presentato la prima analisi completa delle modalità di questo rapido trasporto di elettroni, un aspetto che riveste un’importanza cruciale per le future previsioni del meteo spaziale. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista AGU Advances.
Le fasce di radiazione di Van Allen
Le fasce di radiazione di Van Allen sono anelli a forma di ciambella che circondano il nostro pianeta, contenenti elettroni e protoni energetici – provenienti principalmente dal vento solare – intrappolati dalla magnetosfera terrestre. Le tempeste geomagnetiche possono riconfigurare la magnetosfera, provocando variazioni repentine nella dinamica degli elettroni all’interno della fascia di radiazione esterna, con potenziali rischi per i satelliti.
Nonostante decenni di ricerche su tali rischi, le dinamiche del rapido trasporto di elettroni nelle fasce di radiazione durante tempeste particolarmente violente non erano finora del tutto chiare. La super tempesta del maggio 2024 ha offerto un’opportunità unica per studiare questo fenomeno.
Lo studio
I ricercatori hanno analizzato i dati provenienti dal satellite Arase dell’Agenzia spaziale giapponese (JAXA), quantificando la drastica riduzione di elettroni nella fascia di radiazione esterna durante la super tempesta. Per indagare i processi fisici alla base di questa rapida perdita, hanno simulato l’evento utilizzando il modello VERB (Versatile Electron Radiation Belt), progettato proprio per riprodurre la dinamica delle fasce di radiazione.
È emerso che due processi, già oggetto di studi precedenti, sono stati i principali responsabili della perdita di elettroni: l’ombreggiamento della magnetopausa (magnetopause shadowing), che ha trasportato gli elettroni verso l’esterno disperdendoli nello spazio, e lo scattering ondulatorio locale, che ha spinto gli elettroni verso l’interno, in direzione dell’alta atmosfera terrestre. L’incidenza relativa di ciascun processo variava a seconda delle diverse regioni del campo magnetico terrestre.
Un aspetto fondamentale emerso dalle simulazioni è che, per riprodurre fedelmente l’estrema perdita di elettroni osservata nella realtà, l’innesco del rapido trasporto verso l’esterno associato all’ombreggiamento della magnetopausa doveva avvenire quasi simultaneamente a una forte compressione della magnetosfera terrestre, verificatasi durante la super tempesta. A tale compressione è seguito il fenomeno dello scattering ondulatorio locale.
Verso lo sviluppo di modelli migliori
I modelli standard di trasporto elettronico comunemente impiegati nelle previsioni di meteorologia spaziale non colgono con precisione la stretta sincronia tra le dinamiche delle super tempeste e i processi di trasporto degli elettroni emersa da questo studio. I nuovi risultati potrebbero orientare lo sviluppo di modelli migliori, favorendo previsioni più accurate delle super tempeste e una più precisa valutazione dei rischi.
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