Cos’è una tempesta geomagnetica?

Il campo magnetico terrestre è generato all’interno del nostro pianeta e si estende tutto intorno al globo come un manto invisibile. L’attività solare lo può però disturbare portando alla formazione delle tempeste geomagnetiche. Scopriamo come.

Il campo magnetico della Terra è influenzato dal Sole

I complessi movimenti dei fluidi ferrosi nel cuore della terra si comportano nel complesso come una dinamo. Le correnti di fluido generano un campo magnetico esteso tutto intorno alla terra, che nel complesso possiamo immaginare dovuto ad un gigantesco magnete che ha i poli in prossimità dei poli geografici terrestri. Questa disposizione fisica rende le zone ad alte latitudini più soggette al fenomeno che stiamo esaminando. Il vento solare, costituito da un flusso di particelle cariche dallo strato esterno del sole, interagisce costantemente con il campo geomagnetico deformandolo in una goccia allungata, dando vita a quella che è nota come magnetosfera terrestre. È proprio quest’ultima che costituisce il manto che viene disturbato durante una tempesta geomagnetica, laddove di norma costituisce il primo scudo contro le particelle cariche provenienti dal sole.

In che modo si formano le tempeste geomagnetiche?

Il campo magnetico terrestre è continuamente deformato dall’azione del vento solare: questo comprime il campo nella parte di Terra esposta al Sole, e lo allunga nella parte opposta in ombra. La zona dove è giorno è schiacciata fino alla distanza di 5-6 diametri terrestri, mentre la zona dove è notte è allungata anche di più di 50 diametri terrestri. Oltre queste zone domina l’effetto del vento solare.

Il costante flusso di particelle cariche dal Sole verso la Terra viene in parte intrappolato all’interno della magnetosfera. Il campo magnetico qui presente forza le traiettorie delle particelle cariche facendo sì che si muovano in correnti dalla forma complicata, di cui le principali hanno grossomodo una configurazione ad anello. L’intensità del flusso di particelle cariche solari chiaramente condiziona l’intensità di tali correnti, che tanto più sono intense, tanto più disturbano il campo geomagnetico. L’intensificarsi di questi processi legati alle correnti è il principale meccanismo di disturbo del campo magnetico terrestre.
Una tempesta geomagnetica è il fenomeno di disturbo prolungato (da 12 ore ad alcuni giorni) del campo magnetico terrestre lungo il piano dell’orbita terrestre, ed il suo successivo ripristino.

Le particelle cariche solari, indirizzo: buchi coronali e CME

Esattamente da dove tutte queste particelle cariche vengono prodotte durante una tempesta geomagnetica? I meccanismi più importanti sono due, forti venti solari associati a buchi coronali, ed emissioni di massa coronale (CME):

• i buchi coronali sono zone degli strati più esterni del sole con un plasma relativamente più freddo e meno denso. Qui le linee del campo magnetico solare, più deboli, escono dirette verso i pianeti, cavalcate da un vento solare particolarmente I fenomeni geomagnetici associati a questi eventi possono durare giorni, benché siano relativamente meno comuni, soprattutto durante i periodi di massimo dell’attività solare;
• le emissioni di massa coronale (CME) sono cospicue emissioni di plasma solare (anche più di 10 miliardi di tonnellate) a velocità superiori ai 1000 km/h, causate da variazioni interne del campo magnetico del sole. Queste possono avvenire da alcune volte al giorno ad una a settimana, e molto spesso sono causa di tempeste solari.

In ogni caso, quando il flusso di particelle impatta sul campo geomagnetico inizialmente lo deforma fino ad aprirne alcune linee di campo. Dopodiché parte la formazione delle correnti ad anello. Il flusso di particelle cariche è portato dalle linee di campo nella regione opposta alla zona di impatto, permettendo all’energia iniettata nel campo di dissiparsi. Nelle fasi terminali il plasma in eccesso viene espulso lungo le linee di campo finendo nella zona esposta al sole. L’energia in eccesso viene dissipata e le particelle cariche neutralizzate, fino alla scomparsa delle correnti ad anello ed al ripristino del normale campo geomagnetico terrestre.

Impatti delle tempeste geomagnetiche: rischi per la tecnologia

La società moderna dipende in maniera essenziale dall’approvvigionamento elettrico, dalle tecnologie di comunicazione e da quelle di trasporto. Una tempesta geomagnetica si comporta come un elemento di disturbo dei campi elettromagnetici, un po’ come un telefonino può disturbare il suono che proviene da una cassa audio, ponendo un rischio per:

• comunicazioni radio, poiché le onde che rimbalzano tra suolo terrestre e ionosfera (uno degli strati atmosferici) possono essere completamente disperse a causa delle modifiche che le correnti ad anello provocano sull’atmosfera;
• sistemi di navigazione come il GPS, che possono risentire delle variazioni di densità della ionosfera producendo considerevoli errori nella geolocalizzazione;
• reti per il trasporto elettrico, le quali essendo formate da lunghi conduttori, tendono ad accoppiarsi elettricamente con le tempeste, rischiando di patire seri danni da sovraccarico;
• sistemi di comunicazione digitale, come i lunghissimi cavi marini che trasportano i dati di internet, all’interno dei quali potrebbero svilupparsi correnti che distorcono i segnali;
• oleodotti, anche in questo caso la considerevole lunghezza dei tubi può causare accoppiamenti che generano correnti indebite che possono accelerarne la corrosione;
• satelliti, i quali orbitando in alto nell’atmosfera, vengono meno schermati dalle particelle e sono più soggetti alle correnti che si formano nella tempesta, con il serio pericolo di vedere l’elettronica di bordo bruciata, i pannelli solari ridurre capacità di produrre energia, fino anche a perdere troppa quota tanto da rischiare la caduta al suolo.

Bisogna quindi che ci si faccia trovare pronti ai possibili casi avversi che possono verificarsi.

Tempeste geomagnetiche più intense

È impossibile non cominciare un elenco di tempeste magnetiche senza citare per primo il cosiddetto:

• evento di Carrington, 1-2 settembre 1859, la tempesta magnetica più intensa mai registrata, causata da una emissione di massa coronale abbastanza intensa da generare forti correnti elettriche nei fili a terra, tanto da mettere fuori uso i telegrafi;
• la tempesta della New York Railroad, 13-15 maggio 1921, una intensissima tempesta che portò le aurore polari alle latitudini più basse mai registrate, e che provocò incendi lungo le linee elettriche e telefoniche, portando ad un lungo black-out;
• 9-13 marzo 1989, un evento estremamente intenso tanto da far saltare nel giro di 90 secondi moltissimi trasformatori della rete elettrica canadese di Hydro-Québec, che rimase collassata per 9 ore;
• 7 gennaio 1997, una emissione di massa coronale rese del tutto inservibile il satellite Telstar 401;
• tempesta solare del giorno della Bastiglia, 14-16 luglio 2000, la CME causò una forte tempesta che fortunatamente causò danni limitati a terra, ma venne perso il satellite giapponese ASCA;
• tempesta di Halloween 2003, una serie di tempeste estreme che si susseguirono da metà ottobre ai primi di novembre, causando disagi nel nord Europa ed in Sudafrica;
• tempeste solari di Maggio 2024, 10-13 maggio 2024, anche in questo caso una sequenza di tempeste solari particolarmente intense tanto da interferire con le telecomunicazioni, interrompere le trasmissioni del satellite GOES-16 e di buona parte dei satelliti di Starlink.

Sapevate che…

a cura di Gianfranco Longo