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Meteo spaziale, perturbazioni del vento solare e raffiche radio

SCIENZEASTRONOMIA E SCIENZE SPAZIALIMeteo spaziale, perturbazioni del vento solare e raffiche radio

Il vento solare, il flusso di particelle caricate elettricamente che emana dallo strato atmosferico esterno della corona del Sole, rappresenta una minaccia per la forma di vita e la moderna società umana basata sulla tecnologia elettrica. Il campo magnetico terrestre fornisce protezione contro il vento solare in arrivo deviandoli via. Eventi solari drastici come l'espulsione di massa di plasma caricato elettricamente dalla corona del Sole creano disturbi nel vento solare. Pertanto, lo studio dei disturbi nelle condizioni del vento solare (chiamato Space weather) è un imperativo. L'espulsione di massa coronale (CME), chiamata anche "tempeste solari" o "tempeste spaziali", è associata ai lampi radio solari. Lo studio dei lampi radio solari negli osservatori radio può dare un'idea delle CME e delle condizioni del vento solare. Il primo studio statistico (pubblicato di recente) su 446 radio burst di tipo IV registrati osservati nell'ultimo ciclo solare 24 (ogni ciclo si riferisce al cambiamento del campo magnetico del Sole ogni 11 anni), ha scoperto che la maggior parte dei radio solari di tipo IV a lunga durata Le raffiche sono state accompagnate da Coronal Mass Ejection (CME) e disturbi nelle condizioni del vento solare. 

Proprio come il tempo sulla Terra è influenzato dalle perturbazioni del vento, la meteorologia spaziale è influenzata dalle perturbazioni del "vento solare". Ma la somiglianza finisce qui. A differenza del vento sulla Terra, che è costituito da aria composta da gas atmosferici come azoto, ossigeno, ecc., Il vento solare è costituito da plasma surriscaldato composto da particelle caricate elettricamente come elettroni, protoni, particelle alfa (ioni di elio) e ioni pesanti che emanano continuamente dal l'atmosfera solare in tutte le direzioni, inclusa la direzione della Terra.   

Il sole è l'ultima fonte di energia per la vita sulla Terra, quindi rispettato in molte culture come datore di vita. Ma c'è anche un altro lato. Il vento solare, il flusso continuo di particelle caricate elettricamente (vale a dire il plasma) provenienti dall'atmosfera solare, rappresenta una minaccia per la vita sulla Terra. Grazie al campo magnetico terrestre che devia la maggior parte del vento solare ionizzante lontano (dalla Terra) e all'atmosfera terrestre che assorbono la maggior parte delle radiazioni rimanenti fornendo così protezione dalle radiazioni ionizzanti. Ma c'è dell'altro: oltre alla minaccia per le forme di vita biologiche, il vento solare rappresenta anche una minaccia per l'elettricità e la tecnologia della società moderna. I sistemi elettronici e informatici, le reti elettriche, gli oleodotti e i gasdotti, le telecomunicazioni, le comunicazioni radio comprese le reti di telefonia mobile, il GPS, le missioni e i programmi spaziali, le comunicazioni satellitari, Internet, ecc. - tutto ciò può potenzialmente essere interrotto e bloccato da disturbi in vento solare1. Particolarmente a rischio sono gli astronauti e le navicelle spaziali. Ci sono stati diversi casi di questo in passato, ad esempio marzo 1989 "Quebec Blackout"' in Canada a causa di una massiccia eruzione solare aveva gravemente danneggiato la rete elettrica. Anche alcuni satelliti avevano subito danni. Pertanto, l'imperativo di tenere d'occhio le condizioni del vento solare nelle vicinanze della Terra – come le sue caratteristiche come velocità e densità, campo magnetico la forza e l'orientamento e i livelli di particelle energetiche (cioè il tempo spaziale) avranno un impatto sulle forme di vita e sulla società umana moderna.  

Come la "previsione del tempo", si può prevedere anche il "tempo spaziale"? Cosa determina il vento solare e le sue condizioni in prossimità della Terra? È possibile conoscere in anticipo eventuali cambiamenti seri nel tempo spaziale per intraprendere azioni preventive per ridurre al minimo l'impatto dannoso sulla Terra? E perché si forma il vento solare?   

Il sole è una palla di gas caldo caricato elettricamente e quindi non ha una superficie definita. Lo strato di fotosfera viene trattato come superficie del sole perché questo è ciò che possiamo osservare con la luce. Gli strati sotto la fotosfera verso l'interno verso il nucleo sono opachi per noi. L'atmosfera solare è costituita da strati sopra la superficie della fotosfera del sole. È l'alone gassoso trasparente che circonda il Sole. Vista meglio dalla Terra durante l'eclissi solare totale, l'atmosfera solare ha quattro strati: cromosfera, regione di transizione solare, corona ed eliosfera.  

Il vento solare si forma nella corona, il secondo strato (dall'esterno) dell'atmosfera solare. La corona è uno strato di plasma molto caldo. Mentre la temperatura della superficie del Sole è di circa 6000K, la temperatura media della corona è di circa 1-2 milioni di K. Chiamato 'Coronal Heating Paradox', il meccanismo e i processi di riscaldamento della corona e accelerazione del vento solare a molto l'alta velocità e l'espansione nello spazio interplanetario non sono ancora ben comprese, anche se in un recente articolo, i ricercatori hanno cercato di risolvere questo problema tramite i fotoni di origine dell'assone (l'ipotetica particella elementare della materia oscura) 3.  

Occasionalmente, un'enorme quantità di plasma caldo viene espulsa dalla corona nello strato più esterno dell'atmosfera solare (eliosfera). Chiamate Coronal Mass Ejections (CME), le espulsioni di massa di plasma dalla corona generano grandi disturbi nella temperatura del vento solare, nella velocità, nella densità e nel campo magnetico interplanetario. Questi creano forti tempeste magnetiche nel campo geomagnetico della Terra 4. L'eruzione del plasma dalla corona comporta l'accelerazione degli elettroni e l'accelerazione delle particelle cariche genera onde radio. Di conseguenza, le Espulsioni di Massa Coronale (CME) sono anche associate a raffiche di segnali radio dal Sole 5. Pertanto, gli studi sulla meteorologia spaziale implicherebbero lo studio dei tempi e dell'intensità delle espulsioni di massa di plasma dalla corona in combinazione con i lampi solari associati, che è un lampo radio di tipo IV che dura per una lunga durata (maggiore di 10 minuti).    

In passato è stato studiato il verificarsi di esplosioni radio nei cicli solari precedenti (il ciclo periodico del campo magnetico del Sole ogni 11 anni) in relazione alle espulsioni di massa coronale (CME).  

Un recente studio statistico a lungo termine di Anshu Kumari et al. di Università di Helsinki sui lampi radio osservati nel ciclo solare 24, getta ulteriore luce sull'associazione di lampi radio a frequenza più ampia di lunga durata (chiamati burst di tipo IV) con le CME. Il team ha scoperto che circa l'81% delle esplosioni di tipo IV era seguito da espulsioni di massa coronale (CME). Circa il 19% dei burst di tipo IV non era accompagnato da CME. Inoltre, solo il 2.2% delle CME è accompagnato da burst radio di tipo IV 6.  

Comprendere i tempi delle esplosioni di lunga durata di tipo IV e le CME in modo incrementale aiuterà di conseguenza nella progettazione e nella tempistica dei programmi spaziali in corso e futuri, in modo da ridurre l'impatto di questi su tali missioni e, in definitiva, sulle forme di vita e la civiltà su Terra

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Riferimenti:    

  1. Bianco SM., nd. Esplosioni radiofoniche solari e meteo spaziale. Università del Maryland. Disponibile online su https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf Consultato il 29 gennaio 2021. 
  1. Aschwanden MJ et al 2007. Il paradosso del riscaldamento coronale. The Astrophysical Journal, Volume 659, Number 2. DOI: https://doi.org/10.1086/513070  
  1. Rusov VD, Sharph IV, et al 2021. Soluzione del problema del riscaldamento coronale mediante fotoni di origine assionica. Fisica dell'Universo Oscuro Volume 31, gennaio 2021, 100746. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746  
  1. Verma PL., et al 2014. Espulsioni di massa coronale e disturbi nei parametri del plasma del vento solare in relazione alle tempeste geomagnetiche. Journal of Physics: Conference Series 511 (2014) 012060. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012060   
  1. Gopalswamy N., 2011. Espulsioni di massa coronale ed emissioni radio solari. CDAW Data Center NASA. Disponibile online su https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf Consultato il 29 gennaio 2021.  
  1. Kumari A., Morosan DE. e Kilpua EKJ., 2021. Sul verificarsi di esplosioni radio solari di tipo IV nel ciclo solare 24 e sulla loro associazione con espulsioni di massa coronale. Pubblicato l'11 gennaio 2021. The Astrophysical Journal, Volume 906, Number 2. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878  

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Umesh Prasad
Umesh Prasad
Caporedattore, Scientific European

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