Un massimo solare è il punto culminante del ciclo di macchie solari del nostro Sole, quando la frequenza di sviluppo di macchie solari aumenta in modo critico assieme alla quantità e frequenza dell’energia solare proiettata verso la Terra…
Pensate alle macchie. In particolare, considerate le macchie solari. Macchie calde sul Sole, alcune delle quali sono di oltre 100.000 miglia di diametro. Si staccano dal Sole e schizzano attraverso il sistema solare a circa 200 miglia al secondo. Queste macchie emettono praticamente ogni frequenza di energia dello spettro elettromagnetico, dai raggi gamma ai protoni altamente energizzati (particelle di massa).
Le macchie solari sono un’enorme fonte di energia gratuita per la Terra e avvengono a cicli (cicli di macchie solari) che caricano la nostra atmosfera con effetti che si estendono fino al centro della Terra, creando periodi di alta energia potenziale. Questo ambiente energetico ha un profondo impatto diretto e indiretto sulla Terra e su tutte le forme di vita che la abitano.
Un tale periodo di alto potenziale si sta evolvendo dalla metà del 2000. All’inizio dell’estate del 2000, il nostro sole è entrato nel suo massimo solare. Un massimo solare è il punto culminante del ciclo di macchie solari del nostro Sole, quando la frequenza di sviluppo di macchie solari aumenta in modo critico assieme alla quantità e frequenza dell’energia solare proiettata verso la Terra. Questi massimi occorrono circa ogni undici anni e durano quasi due anni. Il massimo è il risultato dell’inversione del campo magnetico del Sole. Questo cambiamento avviene con considerevole agitazione.
L’attività delle macchie solari aumenta sotto forma di fiammate solari ed emissioni di massa coronale (Coronal Mass Ejections – CME). Questi due fenomeni derivano da grandi anelli magnetici che si sviluppano sulla superficie del sole. I CME sono grandi anelli ritorti di energia all’interno della corona solare che si liberano con uno scoppio tremendo. L’esplosione è abbastanza grande da mandare una potente onda d’urto attraverso il nostro sistema solare. L’onda d’urto include pulsazioni ad alta frequenza (raggi-x e radiazioni gamma), esplosioni magnetiche, onde di massa contenenti milioni di tonnellate di particelle ad alta energia (protoni liberi), il tutto passa attraverso ed è assorbito dall’atmosfera della Terra.
Questo trasferimento di energia è invisibile ma misurabile per i suoi effetti. La porzione ad alta frequenza dei CME si muove attraverso il sistema solare più rapidamente, raggiungendo la terra entro minuti o ore. I satelliti individuano queste pulsazioni, ma non sono ancora disponibili i sistemi e i database per interpretare accuratamente gli impatti globali, regionali o locali. Negli ultimi anni è stato fatto un considerevole sforzo per individuare e valutare gli impatti della fascia a frequenza più bassa di queste emanazioni. Lo sforzo più grande è stato indirizzato nell’investigare la porzione più consistente proiettata dallo scoppio, che consiste di milioni di tonnellate di nuclei supercarichi. Ognuna di queste particelle possiede tra le mille e le diecimila volte l’energia di un tipico protone terrestre. Questi protoni si proiettano dal sole sotto forma di nuvola chiamata evento protonico solare. Delle molte CME che si sviluppano durante un tipico massimo solare, alcune emettono massicce nuvole di particelle verso la terra, formando il vento solare. Forti venti solari possono evolversi in tempeste solari.
La pulsazione magnetica associata alla nube protonica piega il campo magnetico della terra (magnetosfera) e carica l’atmosfera, causando molti sottili cambiamenti ambientali. La pressione dell’onda protonica comprime il campo magnetico della terra dalla parte del Sole, aumenta la densità della ionosfera, e ionizza i 100 chilometri più bassi dell’atmosfera terrestre. Oltre all’impatto diretto dei protoni ad alta energia, il passaggio della bufera fa oscillare il campo magnetico terrestre e questo genera un ulteriore carica elettrica. Durante tale periodo ci sono molti protoni ad alta energia ed elettroni liberi in diversi strati dell’atmosfera terrestre. Questi cambiamenti dell’atmosfera terrestre portano ad eventi atmosferici singolari, come aurore boreali (luci del nord) più accentuate, interruzioni delle comunicazioni radio, sovraccarichi e danni ai satelliti e agli impianti elettrici. Spesso i sovraccarichi sottolineano debolezze nei sistemi elettrici, come in ambienti ad alta resistenza e limitazioni di capacità. Allo stesso tempo, i sistemi capaci di catturare e conservare o incanalare queste cariche possono utilizzare l’energia per produrre prodotti utili. Ad esempio, piccoli sovraccarichi aumentano la potenza della rete elettrica negli U.S.A., dando energia elettrica gratis.
Parallelo a questi grossi effetti manifesti, il caricamento dell’atmosfera ha anche un impatto sui sistemi fisiologici, in particolare sul sistema nervoso degli organismi viventi e sulle funzioni cerebrali. Proprio come i cambiamenti del campo magnetico e gravitazionale, associati con le fasi lunari, stimolano la germinazione dei semi, la crescita delle coltivazioni e il comportamento umano per alcuni giorni del mese, le cariche atmosferiche producono effetti simili su un periodo molto più lungo. Benchè questi impatti di tempeste solari non siano al momento ben documentati, emergeranno sicuramente durante la prossima decade a mano a mano che l’enorme numero di dati ottenuti da terra e con i satelliti durante il presente massimo sarà assimilato ed avverrà la fertilizzazione incrociata tra le discipline scientifiche.
Lungo queste linee di studio, l’attuale massimo solare è unico perché non ci sono mai stati così tanti satelliti piazzati in orbita per osservare e registrare gli effetti dei venti e delle tempeste solari. I satelliti sono stati impiegati per intercettare e misurare una grande quantità di dati del massimo solare del 2000/2001. Secondo queste nude registrazioni, la Terra ha avuto circa 8 grosse tempeste tra il luglio 2000 e il luglio 2001 e circa 18 grosse tempeste tra l’agosto 2001 e il dicembre 2001. L’evento del 14 luglio 2000 fu un evento di Classe X (molto grande). La nube fotonica viaggiò tra il Sole e la Terra in 26 ore, ad una velocità media stimata di più di 6.000.000 chilometri all’ora (1700 km/sec). Il passaggio dell’evento protonico scaricò una carica stimata in 1500 gigawatt sull’atmosfera della Terra, quattro volte l’energia generata dall’intera rete elettrica degli U.S.A. Questo sbalzo causò sovraccarichi di elettricità attraverso il sistema di distribuzione U.S.A./Canada, danneggiando due grossi trasformatori e bloccando i macchinari per la regolazione del voltaggio su tutta la Costa Orientale degli U.S.A. Molti altri eventi protonici hanno avuto risultati simili ma meno dannosi. Quasi ogni evento provoca un blocco delle comunicazioni radio in aree locali in varie zone del mondo. In più, si sono verificati spettacoli eccezionali di aurore boreali fin dal settembre 2001, visibili anche molto a sud, fino al Texas e alla California meridionale. I satelliti sono anche usati per misurare altri impatti di particelle sulla Terra e le fasce energetiche che l’avvolgono (es. ionosfera, magnetosfera, plasmasfera, ecc.). Uno degli strumenti di osservazione usati è il velivolo spaziale Imager per la Magnetopausa nell’Esplorazione Globale dell’Aurora (Imager for Magnetopause to Aurora Global Exploration – IMAGE). Dei molti congegni messi a bordo di questo velivolo, uno dei più interessanti è l’Imager Estremo Ultravioletto ( Extreme Ultraviolet Imager – EUV). Questo strumento misura la densità e lo stato energetico degli ioni di elio nella plasmasfera della terra. La plasmasfera è un sottile strato di plasma freddo che circonda la terra nella magnetosfera interna. Questo strato è energizzato da eventi protonici e si crede che convogli energia nella magnetosfera e negli strati inferiori, come lo strato di plasma vicino alla Terra. Questi strati di plasma hanno correnti che si muovono come le correnti dell’oceano, ma le correnti sono di ioni carichi anziché di acqua. Questi ioni emettono fotoni ultravioletti estremi e la luminosità con cui si presenta l’aura riflette il grado di caricamento atmosferico. Durante un massimo solare, la Terra è caricata di energia dagli eventi protonici: l’energia si accumula nei filtri della ionosfera e della plasmasfera, giù fino agli strati inferiori di plasma, raggiungendo infine il centro della Terra. Il centro della Terra è formato da materiale magnetico molto denso che ruota e, in normali circostanze, genera il campo elettrico che circonda la Terra. Durante le tempeste solari questo processo è alterato. Potrebbe persino invertirsi, nel qual caso la carica esterna dell’atmosfera accelererebbe la rotazione del centro, provocando una debole accelerazione nella rotazione terrestre. In questo modo, le tempeste solari ricaricano non solo l’atmosfera ma anche la massa fisica della Terra. I dati del satellite, quali le misurazioni EUV, sono impiegati per valutare il grado e l’estensione del processo di caricamento. I dati del satellite possono anche essere utilizzati per simulare modelli di vento solare. Le crescenti conoscenze della NASA sui venti solari hanno portato ad una nuova generazione di veicoli spaziali che usano vele solari per la propulsione. Lo scopo è navigare nel nostro sistema solare con veloci e moderne navi solari.
Tratto da Scienza e Conoscenza n.5.
