Sviluppare un nuovo sistema di allarme meteorologico spaziale
Anche lo spazio ha la propria meteorologia, che può ripercuotersi in modo sostanziale sia sulla Terra che sulle nostre apparecchiature, nonché sul personale umano in orbita. Le tempeste geomagnetiche, ad esempio, sono fenomeni provocati da particelle e radiazioni elettromagnetiche emesse dal sole che raggiungono il pianeta perturbando in tal modo la magnetosfera terrestre, il che determina il deposito di cariche elettriche nei componenti dei satelliti e provoca così delle mini-scariche, a loro volta in grado di distruggere vari elementi elettronici. Le particelle energetiche possono inoltre risultare nocive per gli astronauti, disturbare le comunicazioni radio e indurre correnti capaci di danneggiare le reti elettriche. Nell’ambito del progetto PAGER, finanziato dall’UE, un team di esperti di spicco del panorama accademico e di quello industriale ha creato un nuovo sistema in grado di prevedere le tempeste geomagnetiche con un anticipo di uno o due giorni, che consentirà agli operatori satellitari europei di valutare le potenziali minacce in arrivo e di reagire di conseguenza. «Previsioni affidabili possono permettere agli operatori di impostare la modalità di sicurezza per l’hardware, di evitare i lanci di satelliti in condizioni perturbate, di non effettuare manutenzioni o aggiornamenti e di emettere avvisi di allarme ove opportuno, aiutandoli inoltre a comprendere meglio le ragioni alla base del verificarsi delle anomalie spaziali», spiega Yuri Shprits, docente di Fisica e meteorologia spaziale presso l’Università di Potsdam e il centro GFZ-Potsdam, nonché coordinatore del progetto PAGER.
Gli ambienti nella corrente anulare e nella fascia di radiazioni
Tra le altre capacità, il nuovo sistema prevede lo stato degli ambienti nella corrente anulare e nella fascia di radiazioni della Terra, due popolazioni di particelle energetiche intrappolate dal campo magnetico terrestre. Quando una tempesta geomagnetica colpisce la Terra, la corrente anulare e le particelle della fascia di radiazioni si eccitano e possono in tal modo danneggiare anche i satelliti più protetti. «La capacità di prevedere con precisione lo stato degli ambienti nella corrente anulare e nella fascia di radiazioni ci permette di stimare i rischi associati a questi contesti difficili», spiega Shprits.
Previsione del rischio di accumulo di carica nei satelliti
Le parti interessate a livello governativo e industriale hanno bisogno di previsioni realizzate con un anticipo sufficiente a consentire loro di reagire. Per far fronte a questa necessità, il sistema di PAGER modella l’ambiente spaziale partendo dalle immagini del sole allo scopo di consentire di prevedere uno o due giorni prima il vento solare, ovvero il flusso di particelle cariche provenienti da questa stella. Queste previsioni vengono quindi combinate con altri dati noti come «codici» relativi all’ambiente spaziale e all’accumulo di carica nei satelliti, tra cui la corrente anulare e la fascia di radiazioni. «Acquisire questi codici e accoppiarli in modo che potessero funzionare congiuntamente è stato uno sforzo di notevole entità», aggiunge Shprits. Il risultato finale è stato un anticipo fino a quattro giorni per le previsioni della fascia di radiazioni e fino a due per l’accumulo di carica nella superficie dei satelliti. Per garantire che le previsioni fossero altamente affidabili, il team ha adattato i codici per consentirne una realizzazione separata, con diversi livelli di affidabilità: previsioni per l’ipotesi più probabile insieme a previsioni per quella peggiore. Un semplice sistema di semafori consente agli utenti di comprendere in modo chiaro e semplice il rischio che i satelliti accumulino cariche. Il sistema fornisce inoltre una previsione del vento solare utilizzando avvisi in tempo reale relativi alle espulsioni di massa coronale, un altro fenomeno meteorologico spaziale che può ripercuotersi intensamente sui sistemi elettrici terrestri.
Uno sforzo di tipo collaborativo
Secondo Shprits, è stato fondamentale avere a disposizione un team di esperti accademici e industriali di punta che fosse in grado di modellizzare fenomeni ascrivibili a diversi campi di ricerca, tra cui la generazione e la propagazione del vento solare, la sua influenza sulla corrente anulare e sulle fasce di radiazione e l’accumulo di carica nei satelliti. «Attualmente forniamo il codice della fascia di radiazioni e le previsioni della plasmasfera al Community Coordinated Modeling Center della NASA. Per il futuro, abbiamo in programma di trasferire il nostro software all’ESA », conclude Shprits. Il sistema è accessibile sul sito web del progetto PAGER.
Parole chiave
PAGER, spazio, meteorologia, tempeste geomagnetiche, satellite, carica, fasce di radiazioni, elettromagnetico, infrastruttura