Meteo spaziale, perturbazioni del vento solare e esplosioni radio

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Il vento solare, il flusso di particelle elettricamente cariche che emanano dallo strato atmosferico esterno della corona del Sole, rappresenta una minaccia per le forme di vita e la tecnologia elettrica basata sulla moderna società umana. Il campo magnetico terrestre fornisce protezione contro il vento solare in arrivo, deviandolo. Eventi solari drastici come l'espulsione di massa di plasma elettricamente carico dalla corona del Sole creano disturbi nel vento solare. Pertanto, lo studio delle perturbazioni nelle condizioni del vento solare (chiamato Space weather) è un imperativo. L'espulsione di massa coronale (CMEs), chiamata anche "tempeste solari" o "tempeste spaziali" è associata alle esplosioni radio solari. Lo studio dei radio burst solari negli osservatori radio può dare un'idea delle condizioni delle CME e del vento solare. Il primo studio statistico (pubblicato recentemente) di 446 radio burst registrati di tipo IV osservati nell'ultimo ciclo solare 24 (ogni ciclo si riferisce al cambiamento del campo magnetico del Sole ogni 11 anni), ha trovato che la maggior parte dei Burst radiofonici di tipo IV di lunga durata sono stati accompagnati da espulsioni di massa coronale (CME) e disturbi nelle condizioni del vento solare. 

Proprio come il tempo sulla Terra è influenzato dalle perturbazioni del vento, il "tempo spaziale" è influenzato dalle perturbazioni del "vento solare". Ma la somiglianza finisce qui. A differenza del vento sulla Terra che è fatto di aria composta da gas atmosferici come azoto, ossigeno ecc, il vento solare consiste di plasma surriscaldato composto da particelle elettricamente cariche come elettroni, protoni, particelle alfa (ioni di elio) e ioni pesanti che emanano continuamente dall'atmosfera del sole in tutte le direzioni, compresa 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 elettricamente cariche (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 assorbe la maggior parte della radiazione rimanente, fornendo così protezione dalla radiazione ionizzante. Ma c'è di più - oltre alla minaccia per le forme di vita biologica, il vento solare rappresenta anche una minaccia per l'elettricità e la società moderna guidata dalla tecnologia. 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. - tutti questi possono potenzialmente essere interrotti e fermati da perturbazioni del vento solare.1. Gli astronauti e le navicelle spaziali sono particolarmente a rischio. Ci sono stati diversi casi di questo in passato, per esempio, marzo 1989 'Blackout del QuebecIn Canada, a causa di una massiccia eruzione solare, la rete elettrica è stata gravemente danneggiata. Anche alcuni satelliti hanno 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 forza e orientamento, e i livelli di particelle energetiche (cioè il tempo spaziale) avranno un impatto sulle forme di vita e sulla moderna società umana.  

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Come la "previsione del tempo", anche il "tempo spaziale" può essere previsto? Cosa determina il vento solare e le sue condizioni in prossimità della Terra? Si possono conoscere in anticipo i cambiamenti gravi del tempo spaziale per intraprendere azioni preventive per minimizzare 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 della fotosfera è trattato come superficie del sole perché è quello che possiamo osservare con la luce. Gli strati sotto la fotosfera verso il nucleo sono opachi per noi. L'atmosfera solare è fatta di strati sopra la superficie della fotosfera del sole. È l'alone gassoso trasparente che circonda il Sole. Meglio vista 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 di accelerazione del vento solare ad altissima velocità ed espansione nello spazio interplanetario non è ancora ben compreso, anche se in un recente documento, i ricercatori hanno cercato di risolvere questo per mezzo di axion (l'ipotetica particella elementare della materia oscura) origine fotoni 3.  

Occasionalmente, un'enorme quantità di plasma caldo viene espulsa dalla corona nello strato più esterno dell'atmosfera solare (eliosfera). Chiamate espulsioni di massa coronale (CME), le espulsioni di massa di plasma dalla corona si trovano a generare grandi perturbazioni 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 di 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 meteorologici spaziali comporterebbero lo studio dei tempi e dell'intensità delle espulsioni di massa di plasma dalla corona in combinazione con i burst solari associati, che è un burst radio di tipo IV che dura a lungo (più di 10 minuti).    

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

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

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

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Riferimenti:    

  1. Bianco SM., nd. Solar Radio Bursts e Space Weather. Università del Maryland. Disponibile online all'indirizzo https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf Accesso al 29 Jamaury 2021. 
  1. Aschwanden MJ et al 2007. Il paradosso del riscaldamento coronale. The Astrophysical Journal, Volume 659, Numero 2. DOI: https://doi.org/10.1086/513070  
  1. Rusov VD, Sharph IV, et al 2021. Soluzione del problema del riscaldamento coronale per mezzo di fotoni di origine axion. 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. Eiezioni di massa coronale ed emissioni radio solari. Centro dati CDAW NASA. Disponibile online all'indirizzo https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf Accesso il 29 gennaio 2021.  
  1. Kumari A., Morosan DE. e Kilpua EKJ., 2021. On the Occurrence of Type IV Solar Radio Bursts in Solar Cycle 24 and Their Association with Coronal Mass Ejections. Pubblicato l'11 gennaio 2021. The Astrophysical Journal, Volume 906, Numero 2. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878  

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