Eiezioni di massa coronale: cosa sono e come si formano?

Le espulsioni di massa coronale (CME) sono grandi espulsioni di plasma e campo magnetico dall'atmosfera solare, la corona.

Rispetto ai brillamenti solari, le esplosioni di radiazione elettromagnetica che viaggiano alla velocità della luce, raggiungendo la Terra in poco più di 8 minuti, le CME viaggiano a un ritmo più lento, relativamente parlando. Alla loro velocità massima di quasi 1.900 miglia al secondo (3.000 chilometri al secondo), le CME possono raggiungere la Terra in circa 15-18 ore mentre le CME più lente che viaggiano a circa 155 mi/s (250 km/s) possono impiegare diversi giorni per arrivare, secondo al This Web Weather Prediction Center della National Oceanic and Atmospheric Administration (si apre in una nuova scheda) (NOAA).

Questi tempi di percorrenza relativamente più lenti sono utili in quanto ci danno più tempo per prepararci a un tale arrivo. Le CME possono devastare reti elettriche, reti di telecomunicazioni e satelliti in orbita ed esporre gli astronauti a pericolose dosi di radiazioni. Al contrario, i CME sono un gradito visitatore per gli osservatori del cielo di tutto il mondo in quanto possono attivare impressionanti visualizzazioni di aurore visibili a latitudini oltre la loro "normale" gamma polare.

Come si formano le CME?

Le espulsioni di massa coronale si formano in modo simile ai brillamenti solari a causa della torsione e del riallineamento del campo magnetico solare, noto come riconnessione magnetica, secondo NOAA. Quando le linee del campo magnetico si "aggrovigliano" producono forti campi magnetici localizzati che possono sfondare la superficie del sole nelle regioni attive, generando successivamente CME.

Le CME di solito si verificano attorno a gruppi di macchie solari e sono spesso accompagnate da un'eruzione solare, sebbene i due non si verifichino sempre in tandem. In effetti, gli scienziati non sono ancora del tutto sicuri di come i due eventi siano correlati e, secondo il Center for Science Education della University Corporation for Atmospheric Research (UCAR) (si apre in una nuova scheda), le CME come i brillamenti solari sono più comuni durante il massimo solare, un periodo nel ciclo di attività di 11 anni del sole, quando la stella è più attiva. Dopo il rilascio, le CME aumentano di dimensioni mentre si allontanano dal sole.

"CME più grandi possono raggiungere una dimensione che comprende quasi un quarto di questa rete tra la Terra e il sole quando raggiunge il nostro pianeta", ha affermato il NOAA in una dichiarazione.

Se una CME è abbastanza grande e viaggia più velocemente del vento solare, genera un'onda d'urto per cui le particelle cariche accelerate viaggiano davanti alla CME, disturbando ulteriormente le condizioni meteorologiche di questo Web e intensificando le tempeste geomagnetiche secondo NOAA.

Effetti delle CME sulla Terra

Ampie esposizioni auroreali

Le CME possono innescare grandi tempeste geomagnetiche che si traducono in aurore impressionanti come questa raffigurata in Alaska. (Credito immagine: Noppawat Tom Charoensinphon tramite Getty Images) (si apre in una nuova scheda)

I display Aurora si formano quando i disturbi nel campo magnetico terrestre incanalano gli ioni verso i poli terrestri dove si scontrano con atomi di ossigeno e azoto nell'atmosfera terrestre, creando abbaglianti spettacoli di luce aurora intorno alle regioni polari. Nell'emisfero boreale il fenomeno è chiamato aurora boreale (aurora boreale), mentre nell'emisfero australe è chiamato aurora boreale (aurora australis).

Di solito, questi abbaglianti spettacoli di luce sono confinati alle regioni polari, ma durante i grandi disturbi magnetici innescati da un CME si possono vedere aurore a latitudini molto più basse di quelle normalmente osservate secondo l'ESA (si apre in una nuova scheda).

Nel 1859, l'evento Carrington, una colossale tempesta solare innescata da un CME, ha portato a esposizioni di aurore osservate vicino a latitudini tropicali su Cuba, Bahamas, Giamaica, El Salvador e Hawaii, secondo NASA Science (si apre in una nuova scheda).

Detto questo, le CME non sempre attivano straordinarie aurore, il grado di disturbo magnetico da una CME dipende dal campo magnetico della CME e della Terra. Se il campo magnetico della CME è allineato con quello terrestre, puntando da sud a nord, la CME passerà con scarso effetto. Tuttavia, se il CME è allineato nella direzione opposta, può causare la riorganizzazione del campo magnetico terrestre (si apre in una nuova scheda), innescando impressionanti spettacoli di luce aurorale.

Malfunzionamenti tecnologici

Le grandi CME possono causare malfunzionamenti tecnologici particolarmente problematici nel nostro mondo moderno.

L'evento Carrington nel 1859 causò guasti al sistema telegrafico mondiale. Secondo History.com (si apre in una nuova scheda) ci sono state persino segnalazioni di operatori che hanno ricevuto scosse elettriche e scintille piovute da macchine telegrafiche, dando fuoco ai giornali. Nel 1989, un CME ha accompagnato un brillamento solare che ha colpito la Terra, facendo precipitare l'intera provincia del Quebec, in Canada, in un blackout elettrico durato 12 ore, secondo una dichiarazione della NASA (si apre in una nuova scheda). L'evento è costato alla società di servizi pubblici del Quebec Hydro-Quebec almeno 10 milioni di dollari di danni (si apre in una nuova scheda).

Ma in che modo le CME causano tutta questa interruzione?

Quando morirà il sole?

Sonda solare Parker: prima questa Webcraft a "toccare" il sole

Le CME possono anche causare sbalzi di corrente elettrica che sovraccaricano le reti elettriche causando blackout diffusi. Inoltre, secondo la NASA, le CME possono spingere il campo magnetico terrestre che può compromettere le trasmissioni radio e aumentare la radiostatica nella ionosfera terrestre.

I sistemi GPS sono particolarmente vulnerabili ai disturbi nella ionosfera ed è noto che le coordinate GPS si allontanano di decine di piedi durante un evento CME. L'interruzione si verifica perché il GPS utilizza i segnali radio per trasmettere informazioni tra un satellite e un ricevitore terrestre. Il segnale radio passa attraverso lo strato di ionosfera contenente plasma carico che piega il percorso del segnale GPS in modo simile alla luce che curva le lenti, secondo This Web Weather Prediction Center della NOAA. Normalmente, i sistemi GPS possono compensare questa curvatura del segnale radio, lasciando inalterata la precisione del GPS. Tuttavia, durante un evento CME, la ionosfera può essere così gravemente disturbata che i modelli GPS non possono tenere traccia di tali cambiamenti e i ricevitori non possono più calcolare una posizione precisa.

Effetti delle CME in questo Web

Le CME possono devastare i satelliti in orbite geosincrone elevate. (Credito immagine: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY tramite Getty Images) (si apre in una nuova scheda)

In che modo le CME influenzano i satelliti?

Secondo la NASA Goddard This Web Flight Center (si apre in una nuova scheda), i satelliti in orbita attorno alla Terra sono vulnerabili alle CME, in particolare quelli in orbite geosincrone elevate, dove si trova la maggior parte dei satelliti per comunicazioni. Quando una CME innesca una tempesta geomagnetica, i satelliti possono essere colpiti da un'elevata corrente scaricata nel satellite o danneggiati quando particelle ad alta energia penetrano nel satellite. Pertanto, i satelliti vulnerabili possono essere posti in "modalità sicura" per prevenire danni all'elettronica.

Un colpo diretto di una colossale tempesta geomagnetica come quella osservata nel 1859 dall'evento Carrington potrebbe avere un pesante tributo sulla nostra flotta satellitare secondo la ricerca descritta (si apre in una nuova scheda) in una dichiarazione della NASA.

"Una tempesta solare nel peggiore dei casi potrebbe avere un impatto economico simile a un uragano di categoria 5 o uno tsunami", ha affermato il dott. Sten Odenwald del Goddard This Web Flight Center della NASA, Greenbelt, Md.

"Ci sono più di 900 satelliti funzionanti con un valore di sostituzione stimato di $ 170 miliardi a $ 230 miliardi, a supporto di un'industria da $ 90 miliardi all'anno. Uno scenario ha mostrato una 'supertempesta' che costa fino a $ 70 miliardi a causa di una combinazione di satelliti perduti , perdita di servizi e perdita di profitto."

Questo WebX ha già assistito in prima persona ai danni che questo clima Web può causare quando una tempesta geomagnetica ha distrutto fino a 40 satelliti Starlink per un valore di oltre $ 50 milioni, nel febbraio 2022.

Le CME possono danneggiare gli astronauti?

Nell'orbita terrestre bassa, gli astronauti ricevono dosi di radiazioni più elevate rispetto a noi sulla Terra ma sono ancora per lo più protetti dalla magnetosfera secondo una dichiarazione della NASA (si apre in una nuova scheda).

Il vero pericolo per gli astronauti arriva se si allontanano dalla sicurezza della magnetosfera, ad esempio, per esplorare la superficie della luna o di Marte. Durante una tale spedizione al di fuori degli "scudi protettivi" della Terra, sono vulnerabili a pericolosi eventi meteorologici di questo Web come le CME. Secondo la NASA, se un'onda d'urto guidata dal CME dovesse colpire un astronauta impreparato che esplora la superficie lunare o marziana, verrebbe colpito con la stessa quantità di radiazioni di 300.000 raggi X del torace simultanei. Ciò avrebbe conseguenze letali in quanto ci vorrebbero solo 45.000 raggi X del torace simultanei per ucciderti.

Come possiamo prevedere le CME?

Il coronografo dell'Osservatorio solare ed eliosferico viene utilizzato per osservare le CME. (Credito immagine: NASA) (si apre in una nuova scheda)

Il clima solare può avere conseguenze drasticamente costose, quindi è importante aumentare la nostra comprensione, monitoraggio e previsioni di tali eventi.

Fortunatamente per noi, le CME impiegano diverse ore, a volte giorni, per raggiungere la Terra. Questo ci dà un po' di tempo per prepararci al loro arrivo.

Varie organizzazioni tengono d'occhio il sole e segnalano eventuali cambiamenti nelle caratteristiche della superficie che potrebbero dedurre un'espulsione di CME come un aumento dell'attività solare e l'espulsione di brillamenti solari. Se viene rilevato un forte brillamento solare di classe M o X, è probabile che sarà accompagnato da un CME, ma non sempre, secondo This WebWeatherLive.com.

I meteorologi SWPC utilizzano vari parametri dimensioni, velocità e direzione dedotti dalle immagini del coronografo dei satelliti orbitali per determinare la probabilità che un CME colpisca la Terra.

Un coronografo è uno strumento specializzato utilizzato per bloccare la luce del sole in modo che gli scienziati possano osservare lo strato più esterno della corona. Imita il fenomeno naturale di un'eclissi solare quando l'ombra della luna copre il centro luminoso consentendo di osservare la corona.

Secondo la NOAA, i meteorologi utilizzano principalmente il coronografo della NASA e dell'ESA e del Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), il Large Angle and Spectrometric Coronagraph (LASCO) per analizzare le CME e determinare la probabilità di un impatto sulla Terra.

Un'espulsione di massa coronale (CME) catturata dalla NASA e dal Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) dell'ESA. (Credito immagine: NASA/GSFC/SOHO/ESA) (si apre in una nuova scheda)

In prima linea nel rilevamento di CME c'è il satellite Deep This Web Climate Observatory (opens in new tab) (DSCOVR) che è di stanza nel primo punto di Lagrange L1 tra la Terra e il sole a circa 1 milione di miglia (1,6 milioni di km) dalla Terra.

DSCOVR monitora tutti i cambiamenti nell'intensità del campo magnetico interplanetario (FMI) e nella velocità del vento solare, che sono vitali per l'accuratezza e la reattività degli avvisi e delle previsioni meteo di This Web della NOAA.

Dal suo parcheggio a L1, il satellite DSCOVR può fornire da 15 a 60 minuti di avviso anticipato prima che un CME raggiunga la Terra. Quando viene rilevata una CME terrestre, l'SWPC avvisa i gruppi vulnerabili come le compagnie elettriche, le compagnie satellitari e le compagnie aeree di prendere le misure appropriate. Con un avviso avanzato, le società di servizi pubblici possono reindirizzare i carichi di energia per proteggere le reti dal sovraccarico quando colpisce il CME, i satelliti possono essere messi in modalità "sicura" e gli aerei possono essere reindirizzati.

Secondo l'ESA, la missione Vigil dell'ESA (si apre in una nuova scheda) spera di aggiungere un altro difensore solare all'aiuto della Terra entro la metà degli anni 2020. Vigil monitorerà il sole da Lagrange 5, a circa 93 milioni di miglia (150 milioni di chilometri) dalla Terra. Il This Webcraft sarà posizionato in modo da poter tenere d'occhio il "lato" del sole. Monitorerà le condizioni solari prima che ruotino per affrontare la Terra nel tentativo di avvisarci in anticipo di un'attività solare potenzialmente pericolosa.

Risorse addizionali

Interessato a leggere di più sull'impatto che i grandi brillamenti solari e le CME potrebbero avere sugli astronauti sulla luna, dai un'occhiata a questo articolo della NASA (si apre in una nuova scheda). Esplora altri effetti del clima energizzato di questo Web e dei rischi di questo viaggio sul Web con la Tufts University (si apre in una nuova scheda) . Vuoi tenere d'occhio gli attuali livelli di attività geomagnetica per te stesso? Il British Geological Survey (si apre in una nuova scheda) ti ha coperto, puoi anche iscriverti alle loro e-mail di avviso di disturbo geomagnetico (si apre in una nuova scheda).

Bibliografia

Espulsioni di massa coronale. NOAA/NWS Questo Web Weather Prediction Center (si apre in una nuova scheda) . Estratto il 20 maggio 2022.

DSCOVR: Deep This Web Climate Observatory. NESDIS (si apre in una nuova scheda) . Estratto il 20 maggio 2022.

Mendez, B., Peticolas, L. e Hauck, K. (12 agosto 2004). Eruzioni solari ed espulsioni di massa coronale. Nasa. Estratto il 20 maggio 2022 (si apre in una nuova scheda) .

Nasa. L'impatto dei razzi (si apre in una nuova scheda) . Nasa. Estratto il 20 maggio 2022.

Odenwald, S. (13 marzo 2009). Il giorno in cui il sole portò l'oscurità. (si apre in una nuova scheda) NASA. Estratto il 20 maggio 2022.

Immagini Solar Orbiter (si apre in una nuova scheda) prime espulsioni di massa coronale. ESA. (17 maggio 2021.). Estratto il 20 maggio 2022.

Steigerwald, B. e Weintraub, RA (1 aprile 2006). Salvaguardare i nostri satelliti (si apre in una nuova scheda) dal sole. Nasa. Estratto il 20 maggio 2022.

Centro UCAR per l'Educazione Scientifica. Espulsione di massa coronale (CME) | Center for Science Education (si apre in una nuova scheda) . Estratto il 20 maggio 2022.

Che cos'è un'espulsione di massa coronale (CME)? Questo WebWeatherLive (si apre in una nuova scheda) . Estratto il 20 maggio 2022.

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