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Space Weather e misurazioni

Space Weather è un ramo della fisica spaziale finalizzata all'analisi e alla previsione delle condizioni all'interno del Sistema Solare, con particolare riguardo alle zone prossime alla Terra. Studia il vento solare, la magnetosfera, la ionosfera e la termosfera. Il termine è stato utilizzato per la prima volta negli anni Cinquanta ed è diventato comune intorno agli anni Novanta. 

Attività solare e cicli solari

Attività solare e cicli solari

A lungo gli effetti del fenomeno sono stati osservati, subiti, senza in realtà comprenderne l'origine. Soltanto nel Ventesimo Secolo, la sempre maggior dipendenza dai satelliti (soprattutto per questioni belliche) ha reso necessario un approfondimento del fenomeno e, nei limiti del possibile, una sua previsione, il che ha portato a una maggiore ricerca da parte dell'International Geophysical Year (IGY).

Sono diverse le possibili manifestazioni di Space Weather e possono influenzare diverse tipologie di tecnologie sulla Terra: i flare producono potenti emissioni X che possono degradare o bloccare le onde radio ad alta frequenza (Radio Blackout Storms). I protoni energetici (Solar Energetic Particles) possono penetrare nell'elettronica di un satellite causandone failure importanti. Addirittura può aumentare l'attrito incontrato dai satelliti in orbita bassa, che possono quindi subire effetti di rallentamento e quindi di deorbiting. Le espulsioni di massa coronale (CME) possono causare Tempeste Geomagnetiche con sovraccarichi di rete in grado di degradare le forniture di corrente elettrica. Anche i segnali GPS e GNSS possono risentire delle tempeste, abbracciando una popolazione ancora più vasta.

Dati del Magnetospheric Multiscale Mission (MMS) della NASA mostrano l'esistenza di tornado di plasma lungo il bordo esistente tra magnetosfera e mezzo interplanetario, tornado abbastanza grandi da consentire l'ingresso delle particelle cariche nello spazio terrestre.  MMS si basa su quattro sonde in schema piramidale al fine di fornire una visione tridimensionale dell'ambiente magnetico terrestre e lo scopo è studiare il trasferimento di particelle cariche dal vento solare alla magnetosfera. Le osservazioni hanno consentito di scendere a piccola scala, al bordo della magnetosfera (Nature Communications, Novembre 2017). All'interno della magnetosfera la densità di particelle cariche è molto inferiore rispetto a quella dello spazio esterno ed è proprio al confine che lo sfregamento dei due fluidi a diferente densità genera le Onde di Kevin Helmholtz, proprio come accade nel cielo quando vengono a scontrarsi strati atmosferici a diversa densità. Questo porta a tornado estremamente efficienti nel trasporto di particelle energetiche dall'esterno all'interno della magnetosfera. 

NOAA Space Weather Scales

La misurazione dei fenomeni di Space Weather avviene tramite scale implementate dal NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), un ente governativo degli Stati Uniti. Il ramo del NOAA che si occupa di modellizzare e prevedere i fenomeni di Space Weather è chiamato Space Weather Prediction Center (SWPC). Le scale sono un modo per comunicare al pubblico le condizioni attuali e future di Space Weather e i possibili effetti e si basano su tre tipologie di effetti in particolare: le tempeste geomagnetiche, le tempeste di radiazione solare e i blachout radio. Si basano su livelli numerati come accade per gli uragani, i terremoti e i tornado e esplicitano i possibili effetti in maniera testuale e comprensibile.

GEOMAGNETIC STORMS

Tempeste geomagnetiche
Scala Descrizione Effetti Misura fisica Frequenza media
G5 Estrema

Sistemi di potenza: grandi problemi di tensione, con possibilità di collasso totale dei sistemi di alimentazione o blackout. Possibilità di danni ai trasformatori. 

Satelliti: Possono verificarsi sovraccarichi, problemi di orientamento, problemi in telecomandi e telemetrie

Altri sistemi: La propagazione radio può risultare impossibile in diverse aree per un paio di giorni, la navigazione satellitare può risultare degradata per giorni, la navigazione radio a bassa frequenza può essere fuori servizio per ore. Aurore possono essere osservate a latitudini di circa 40°.

Kp=9 4 eventi a ciclo
G4 Severa

Sistemi di potenza: Possibili problemi di overvoltage con possibili malfunzionamenti nei sistemi di protezione di rete

Satelliti: Possibilità di sovraccarichi e problemi di tracking. Possono essere necessarie manovre correttive per l'orientamento. 

Altri sistemi: Sporadici problemi nella propagazione radio in HF, degrado di qualche ora nella navigazione satellitare, disturbi nella navigazione radio a bassa frequenza. Aurore visibili a latitudini di 45°. 

Kp=8 100 eventi a ciclo
G3 Forte

Sistemi di potenza: Possibile necessità di correzione in tensione, falsi allarmi nei sistemi di protezione.

Satelliti: Possibilità di sovraccarichi sui componenti, possibilità di drag nei satelliti a bassa orbita. Possibile necessità di correzione nell'orientamento. 

Altri sistemi: Possibile intermittenza nella navigazione satellitare a bassa frequenza, possibile intermittenza nella propagazione radio HF. Aurore oltre i 50° di latitudine.

Kp=7 200 eventi a ciclo
G2 Moderata

Sistemi di potenza: Possibili allarmi nei sistemi di alimentazione posti a alta latitudine. Possibili guasti ai trasformatori a alte latitudini.

Satelliti: Azioni correttive possono essere necessarie. Possibili effetti di drag sulle orbite. 

Altri sistemi: Propagazione radio in HF con possibili cali a alte latitudini. Aurore visibili sopra i 55° di latitudine.

Kp=6 600 eventi a ciclo
G1 Minore

Sistemi di potenza: Possibili fluttuazioni nei sistemi di tensione

Satelliti: Impatti minori sui satelliti. 

Altri sistemi: Possibili effetti sugli animali migratori. Aurore visibili a alte latitudini.

Kp=5 1700 eventi a ciclo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

SOLAR RADIATION STORMS

Tempeste di radiazione solare
Scala Descrizione Effetti Misurazione fisica (F>10MeV) Frequenza media
S5 Estrema

Biologia: Rischi estremi per gli astronauti in EVA. Passeggeri e equipaggio di voli a alta quota e alta latitudini possono subire rischiose esposizioni.

Satelliti: Rischio di perdita di controllo e danni nei dati, nello star tracker e nei pannelli solari. 

Altri sistemi: Totale blackout nella comunicazione radio HF nelle regioni polari. Errata posizione segnalata dai sistemi di navigazione.

105 Meno di 1 a ciclo
S4 Severa

Biologia: Rischi per gli astronauti in EVA. Passeggeri e equipaggio di voli a alta quota possono essere esposti a radiazione.

Satelliti: Possibili problemi ai dispositivi di memoria e rumori nei dati. Possibili problemi di orientamento. Degrado dei pannelli solari.

Altri sistemi: Blackout della comunicazione HF nelle regioni polari, aumento degli errori nella navigazione satellitare.

104 3 a ciclo
S3 Forte

Biologia: Radiazione da evitare per gli astronauti in EVA. Rischi di esposizione per passeggeri e equipaggio di voli a alta quota.

Satelliti: Possibilità di SEU (Single Event Upset), disturbi nei sistemi di ripresa, riduzione di efficienza dei pannelli solari.

Altri sistemi: Degrado nella comunicazione radio HF ai poli, possibilità di errori nella navigazione satellitare

103 10 a ciclo
S2 Moderata

Biologia: Passeggeri e equipaggio di voli a alta quota possono essere esposti a rischi di radiazione.

Satelliti: Possibilità di saltuari SEU 

Altri sistemi: Piccoli effetti nella propagazione radio HF nelle regioni polari. 

102 25 a ciclo
S1 Minore

Biologia: Nessun effetto

Satelliti: Nessun effetto. 

Altri sistemi: Minori impatti sulla propagazione radio HF ai poli

10 50 a ciclo

 

BLACKOUT RADIO

Blackout Radio
Scala Descrizione Effetti Misura fisica Frequenza media
R5 Estrema

HF radio: Totale blackout radio HF sull'intera zona terrestre esposta al Sole. 

Navigazione: Outvoltage per i sistemi di navigazione a bassa frequenza su tutto il lato terrestre illuminato dal Sole, per molte ore, con perdita di posizione e aumento notevole del numero di errori nella posizione.

X20 (2x10-3) Meno di 1 evento a ciclo
4 Severa

HF radio: Blackout radio HF in gran parte del lato diurno della Terra, da una a due ore. Perdita di contatto radio.

Navigazione: Incremento nel numero di errori nella determinazione della posizione, da una a due ore. Minori disturbi nella navigazione sul lato illuminato della Terra.   

X10 (10-3) 8 eventi a ciclo
R3 Forte

HF radio: Ampie zone di blackout radio HF, perdita di contatto radio per un'ora nel lato illuminato della Terra.

Navigazione: Segnali di navigazione a bassa frequenza degradati per un'ora.

X1 (10-4) 175 eventi a ciclo
R2 Moderata

HF radio: Blackout limitati sul lato illuminato, perdita di contatti per una decina di minuti.

Navigazione: Degrado nella navigazione a bassa frequenza per una decina di minuti.

M5 (5x10-5) 350 eventi a ciclo
R1 Minore

HF radio: Degrado minore nella comunicazione nel lato illuminato della Terra. Sporadiche perdite di contatto.

Navigazione: Degrado di breve durata nella navigazione a bassa frequenza.

M1 (10-5) 2000 eventi a ciclo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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Cielo di oggi(Dettagli)

Sole
S: 07:06, T: 16:45
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Attività solare real time

Luna
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Fase: 1% (Cresc.)

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