Un flash capace di fermare mezzo pianeta

Quello che appare come una placida sfera luminosa, è in realtà un tumulto di plasma che genera campi magnetici di intensità inimmaginabili rispetto a quelle terrestri.

Per quanto lontano circa 150 milioni di km, il Sole non è innocuo, ma cela un potenziale distruttivo già espresso in passato, che ha lasciato i segni del suo passaggio. Siamo pronti anche a questa minaccia, oppure viviamo in una fatalista arrendevolezza davanti a forze molto più grandi di noi?

Oggi torno a parlare di energia solare, ma questa volta analizzando più a fondo le dinamiche legate al comportamento del Sole e alla sua effettiva influenza sulle nostre vite e sui bilanci energetici terrestri.

Il Sole ha circa 4.6 miliardi di anni, che per una stella appartenente alla “sequenza principale” corrisponde grosso modo alla metà della sua vita totale.

Nei primi 2-2.5 miliardi di anni, la sua luminosità era inferiore del 20-30% rispetto a oggi - specialmente nella banda della luce visibile, principale fonte di riscaldamento terrestre - e presentava un’attività superficiale intensa (tempeste solari), capace di portarsi via gli strati più esterni dell’atmosfera terrestre, riducendone la capacità di trattenere calore e abbassando ulteriormente la temperatura planetaria.

Senza un potente effetto serra, la Terra primitiva non avrebbe avuto condizioni per la vita: con un’insolazione ridotta, la temperatura superficiale sarebbe stata troppo bassa per mantenere acqua in forma liquida.

Il cosiddetto “paradosso del Sole debole” fu identificato da Carl Sagan e George Mullen nei primi anni ‘70. Se i campioni di rocce sedimentarie raccolte in tutto il globo - databili al periodo Archeano (4.0-2.5 Ga, ovvero miliardi di anni fa) - mostrano la presenza di mari, fiumi e cicli idrologici attivi, qualcosa deve aver contribuito a innalzare la temperatura media terrestre.

I risultati di una ricerca condotta dal Southwest Research Institute americano ipotizzano l’emissione di gas serra attraverso la degassificazione di laghi di lava creati dall’impatto di asteroidi e comete con la crosta terrestre. Altre ricerche puntano anche all’attività vulcanica. Un effetto serra essenziale, stabilizzato da processi geologici e, successivamente, dai primi cianobatteri che ridussero la CO₂ in atmosfera, evitando il destino toccato a Venere.

Ne è passato di tempo, da allora. Oggi, l’attività solare è molto più stabile e segue cicli relativamente periodici. Essa viene misurata contando il numero e la taglia delle macchie solari, formazioni superficiali dove i campi magnetici sono più forti, ma le temperature più basse.

Ecco perché nelle immagini appaiono scure. In realtà, il colore bruno è il risultato dell’esposizione fotografica, che deve compensare l’estrema luminosità del resto della superficie. Se le potessimo vedere estrapolate dal contesto circostante, ci apparirebbero arancioni.

Abbiamo iniziato a osservarle con costanza e maggiore precisione a partire dalla seconda metà del 1700. Da allora, abbiamo registrato 25 cicli solari, della durata di circa 11 anni ciascuno. L’attuale, il venticinquesimo, ha raggiunto il suo massimo proprio in questi mesi.

Tuttavia, l’intensità complessiva di questi cicli varia a sua volta. L’ultimo picco fu raggiunto con il ciclo n.19, durante gli anni ‘60, mentre adesso mostra una tendenza in calo.

I meccanismi che regolano la quantità di irradiazione solare incidente sul nostro pianeta sono ben più complessi e influenzati da una molteplicità di fattori esterni - come i moti di precessione e le variazioni gravitazionali che influenzano l’asse terrestre e l’eccentricità della nostra orbita intorno al Sole - i cui effetti combinati hanno prodotto variazioni cicliche con periodi da decine a centinaia di migliaia di anni, raccolte sotto la definizione di “cicli di Milankovitch” e osservabili nei dataset paleoclimatologici.

Pertanto, è sicuramente vero che il Sole abbia un ruolo determinante nella storia climatica terrestre, ma è un contributo - nell’arco temporale degli ultimi secoli - relativamente stabile. Le piccole oscillazioni, che puoi notare nella prima metà dell’800, hanno causato dei lievi cali di temperatura, decisamente inferiori alla variazione indotta dalle emissioni di gas serra degli ultimi 150 anni.

Come già spiegato in precedenza, l’aumento della temperatura media terrestre procede a una velocità senza precedenti rispetto a qualsiasi evento climatico del passato. Questo incremento non può dunque dipendere dalle variazioni cicliche dell’attività solare: la mancanza di correlazione è evidente, soprattutto considerando che quest’ultima è attualmente in calo, mentre le temperature continuano a salire.

I modelli climatici parlano chiaro, seppure sulla Rete sia martellante da anni - da parte di ingenui complottisti e disinformatori professionisti - il mantra che riporta dichiarazioni di scienziati, tra i quali i fisici Zichichi e Prodi, che mai si sono occupati di climatologia, a sostegno di questa tesi infondata.

Come ti ho scritto già in passato, Prodi ha tentato di pubblicare un paper, poi ritirato per l’implacabile peer review che ne ha bocciato l’intero impianto, mentre Zichichi ha solo esternato le sue opinioni ai media, senza mai formalizzarle in ambito scientifico.

Richard Carrington, membro della Royal Astronomical Society britannica, è stato uno dei tanti scienziati che ha dedicato la vita allo studio delle macchie solari. Si costruì un suo osservatorio personale nel Surrey, in Inghilterra, dove riportava a mano numero, conformazione ed estensione delle macchie.

Coincidenza volle che, il 1 settembre del 1859, alle 11:18, notò una strana formazione di due globi luminosi in prossimità di una grande macchia, che si allargarono assumendo una forma bilobata - come mostra il suo disegno originale riportato qui sotto - seguiti da un forte lampo bianco, talmente potente, da essere osservato in tutto l’emisfero terrestre esposto.

L’evento durò circa 5 minuti, ma a quel tempo nessuno poteva aspettarsi che circa 17 ore dopo si sarebbero palesati gli effetti di questa tempesta magnetica.

Forti aurore furono osservate anche a latitudini dove non si erano mai viste prima, al punto che in tanti le scambiarono per luci di un lontano incendio, altri iniziarono a preparare la colazione per avviarsi al lavoro in piena notte, pensando che fossero le luci dell’alba.

Le reti elettriche non esistevano ancora, ma era diffusa una lunga rete di cavi elettrici per la comunicazione telegrafica. L’arrivo di grandi quantità di particelle cariche e particolarmente energetiche, fece funzionare il telegrafo per due ore senza le usuali batterie di alimentazione. In alcune stazioni vennero ricevuti messaggi illegibili; in altre, i pulsanti iniziarono a fare scintille e in nastri di carta delle stampanti telegrafiche presero fuoco. Incendi furono registrati anche in piena campagna, per via di scariche elettriche partite proprio dai cavi telegrafici.

Brillamenti (flare) ed espulsioni di massa coronale (coronal mass ejection, CME) sono fenomeni distinti, anche se possono verificarsi contemporaneamente, e si manifestano con maggiore frequenza durante i periodi di intensa attività solare.

La Terra, vista dal Sole, è un piccolo granello di sabbia e le probabilità che essa venga investita dalla materia coronale espulsa sono relativamente basse. Questo non significa che vadano trascurate: molto approssimativamente, una su cinque può investire la Terra, seppure siano rare quelle di intensità estrema.

La pericolosità di un evento non è data solo dalla sua probabilità di verificarsi, ma anche dall’entità del danno che può provocare. Anche un “semplice” brillamento può causare danni all’infrastruttura spaziale, investendo la costellazione di satelliti orbitanti, nonché le stazioni spaziali occupate da astronauti.

Per quanto le apparecchiature siano state progettate per resistere al continuo bombardamento di raggi cosmici, picchi di questa portata possono comportare danni ai pannelli solari e alle strumentazioni esposte, per la creazione di correnti elettriche indotte. L’eccitazione temporanea della nostra ionosfera può causare disturbi o interruzioni alle comunicazioni radio di lungo raggio e alla ricezione dei dati satellitari (es.: ridurre la precisione dei sistemi GPS).

Più difficile, invece, che crei danni a terra, trattandosi principalmente di radiazione elettromagnetica (raggi X, UV e onde radio), dalle quali siamo ben schermati rispettivamente dalla nostra densa atmosfera, dallo strato di ozono e dalla ionosfera.

L’intensità dei brillamenti segue una scala logaritmica simile a quella dei terremoti - ovvero ogni classe è 10 volte più intensa della precedente - definita dalle lettere A, B, C, M e X (l’astronomia non è nuova a confondere le idee con sequenze di lettere a caso!), che ne indica la potenza per unità di superficie nella frequenza dei raggi X, in W/m².

Ogni classificazione è seguita da un numero - da 1.0 a 9.9 - che ne rappresenta l’intensità all’interno della sua categoria. I più potenti, di classe X, possono avere numeri anche superiori. Per esempio, l’evento nel novembre del 2003 è stato classificato come X28, quello più recente del gennaio scorso, invece, era un X1.9.

A completare il quadro - e complicare ulteriormente le idee ai meno addetti - ci sono la scala S per misurare l’entità delle radiazioni registrate e quella G per le tempeste geomagnetiche indotte, entrambe hanno valori crescenti da 1 a 5 (l’evento di Carrington si stima che sia stato un G5).

Ben altra cosa è trovarsi in linea con un’espulsione coronale. In questo caso, si tratta di grandi quantità di particelle ad alta energia (plasma solare), capaci di interagire con l’atmosfera superiore e innescare effetti anche disastrosi e duraturi.

Una CME è molto più grande rispetto a un flare (anche oltre il diametro del Sole), si muove molto più lentamente - essendo composta da particelle di massa - e impiega da meno di un giorno a tre giorni per raggiungere la Terra.

I suoi effetti sono molto più intensi sia in orbita che al suolo. La variazione del campo magnetico terrestre può generare correnti indotte, evidenti durante l’evento di Carrington sulle linee telegrafiche, che rappresentano un unico conduttore di scala chilometrica. Le manifestazioni principali si concentrano alle alte latitudini, dove le linee di forza del campo magnetico terrestre convogliano buona parte delle particelle in arrivo.

L’evento di Carrington non è stato l’unico di forte intensità che ha investito il nostro pianeta. Nel 2012, un’allora dottoranda di nome Fusa Miyake, oggi professoressa all’Università di Nagoya, scoprì i segni di un bombardamento di particelle ad alta energia ben più prolungato avvenuto nel 775, nelle sezioni trasversali dei tronchi di cedro giapponese.

Da allora, sono stati scoperti tra i cinque e i sette eventi “Miyake” negli ultimi 15.000 anni, tramite osservazioni dendrocronologiche e campioni di ghiaccio profondo della criosfera terrestre.

La differenza sostanziale, rispetto al passato, è che la società di oggi dipende molto di più dalla tecnologia e pertanto rischia di essere molto più suscettibile alle tempeste solari che possono investire il nostro pianeta. Anche eventi di intensità o durata inferiore ai Miyake, possono creare danni non indifferenti.

I loro effetti possono essere gravi per i satelliti: quelli in orbita bassa non sono solo esposti al bombardamento del plasma, che può danneggiare fisicamente i pannelli solari e l’elettronica di bordo, ma subiscono anche un attrito maggiore dalla termosfera terrestre, che si espande per il riscaldamento dovuto all’eccitazione elettromagnetica. Nel 2022, 38 satelliti della rete Starlink deorbitarono per via degli effetti di una tempesta solare.

Anche gli aerei in volo, specialmente quelli intercontinentali che sfruttano le rotte polari per accorciare il tragitto, possono ritrovarsi con apparecchiature temporaneamente malfunzionanti, tra cui la navigazione satellitare, e avere problemi a comunicare a terra.

L’evento del 1989, per esempio, rese difficili le comunicazioni radio per quasi due giorni e alterò drasticamente i segnali GPS, ma si sentì anche a terra, danneggiando i trasformatori della rete elettrica canadese. Il Quebec restò senza energia elettrica per 9 ore e occorsero giorni per un ripristino completo.

Le reti di trasmissione elettrica, infatti, in particolare i trasformatori, sono tra le infrastrutture più a rischio. Uno studio della Lloyds Bank del 2013 ha stimato che solo nel Nord America i danni alle reti di una tempesta di forte intensità potrebbero raggiungere i 2.6 trilioni di dollari.

Oltre a mettere fuori uso alcuni satelliti in orbita bassa, la tempesta del 2024 ha causato malfunzionamenti nei macchinari agricoli negli USA, guidati attraverso il posizionamento satellitare, generando danni stimati per centinaia di milioni di dollari.

Esistono già alcune strategie e tecnologie per mitigare in parte questi effetti. I satelliti in orbita attorno al sole e gli osservatori terrestri adottano già protocolli di “early warning”. Il NOAA Space Weather Prediction Center negli USA, l’ESA in Europa, la JAXA in Giappone e tante altre agenzie nel mondo sono già organizzate per una comunicazione rapida, al fine di avvisare governi, operatori di rete e autorità di potenziali tempeste geomagnetiche.

La natura radiativa dei brillamenti rende più complesso un sistema di allerta, viaggiando alla velocità della luce. Tuttavia, lo studio dell’attività solare consente di valutare in anticipo la probabilità che si verifichi un brillamento, mentre nel caso di un’espulsione coronale i tempi disponibili per reagire sono più lunghi, grazie alla velocità limitata della materia espulsa.

In caso di allarme, si provvede a spegnere i satelliti più esposti, deviare i voli lontano dalle rotte polari e avvisando le autorità della navigazione marittima dei possibili disturbi a bussole e sistemi di posizionamento satellitare. Gli aerei dispongono di sistemi ridondanti che, anche in condizioni estreme, permettono di continuare il volo senza rischi diretti per la sicurezza.

Gli astronauti, invece, hanno a disposizione zone particolarmente schermate della stazione orbitante - come il modulo Zvezda sulla ISS - dove rifugiarsi durante i picchi di radiazione. Non ho trovato informazioni pubbliche dettagliate sulla stazione cinese, ma è plausibile che disponga anch’essa di un modulo più schermato per le stesse esigenze. Lo stesso vale per gli astronauti in viaggio verso la Luna, che oggi beneficiano di veicoli e sistemi di protezione più evoluti rispetto ai loro predecessori.

Il viaggio verso Marte rappresenta una sfida più complessa, ma sono allo studio soluzioni come lo sfruttamento dei rifiuti organici e liquidi come strato protettivo aggiuntivo, per utilizzare massa già presente e limitare l’incremento del peso. Inoltre, si prevede di pianificare le missioni nei periodi di minimo dell’attività solare, per ridurre la probabilità di eventi estremi.

Uno dei problemi più seri, su scala planetaria, resta rappresentato dalle reti elettriche. Le correnti geomagnetiche indotte possono danneggiare seriamente i trasformatori e causare interruzioni prolungate. Tuttavia, la transizione energetica offre diverse soluzioni efficaci. Come ho già scritto, le reti elettriche si stanno evolvendo in una “rete di reti”, ovvero una struttura composta da sottoreti capaci di funzionare anche in caso di isolamento, se le linee ad alta tensione subiscono danni, per quanto i tempi di ripristino potrebbero essere molto lunghi.

Inoltre, con l’aumento progressivo di impianti di autoproduzione da fonti rinnovabili e sistemi di accumulo negli edifici e nelle imprese, le rete locali saranno in grado di sopportare meglio il distacco dalla rete principale.

Sta, quindi, ai singoli governi approntare protocolli, aggiornare le infrastrutture e promuovere piani di protezione orientati a eventi di questo tipo, che tornerebbero utili anche in caso di catastrofi naturali o conflitti. Tutto ciò richiede un lungo lavoro di pianificazione, investimento e rinnovo della rete di trasmissione, processi che in molti Paesi sono già inclusi nei piani energetici a medio‑lungo termine.

I dispositivi più piccoli, come computer, smartphone, automobili e veicoli autonomi, sono “fuori pericolo” dal punto di vista dei danni diretti, anche se potrebbero subire interruzioni dei servizi di comunicazione e di posizionamento.

In fondo, potrebbe essere una buona occasione per staccarci un po’ dagli schermi e leggerci un libro… che dici?