Di Paul Dorian – 05.11.2018
Le osservazioni giornaliere del numero di macchie solari dal 1° gennaio 1977 secondo il Solar Influences Data Analysis Center (SIDC). La sottile linea blu indica il numero giornaliero di macchie solari, mentre la linea blu scuro indica la media annuale in corso. La recente bassa attività delle macchie solari si riflette chiaramente nei recenti valori bassi per l’irradiamento solare totale. Confronta anche con l’indice Ap geomagnetico. Fonte dei dati: WDC-SILSO, Royal Observatory of Belgium, Bruxelles. Ultimo giorno indicato: 31 ottobre 2018. Ultimo aggiornamento dello schema: 1 novembre 2018.
Panoramica
Il sole è di nuovo vuoto oggi ed è stato privo di macchie solari per circa il 60% del tempo quest’anno in quanto l’attuale ciclo solare storicamente debole punta verso il prossimo minimo solare. Il ciclo solare 24 è attualmente al passo per essere il più debole ciclo di macchie solari con il minor numero di macchie solari da quando il ciclo 14 ha raggiunto il picco nel febbraio 1906. Il ciclo solare 24 continua un recente trend di indebolimento dei cicli solari iniziato con il ciclo solare 21 che ha raggiunto il picco intorno al 1980. L’ultima volta che il sole è risultato in questo stato era il 2009 durante l’ultimo minimo solare quando risultò con il 71% dei giorni senza macchie. L’ultimo minimo solare ha effettivamente raggiunto un minimo nel 2008, quando un incredibile 73% dei giorni dell’anno risultarono immacolati – maggior periodo di giorni senza macchie dal 1913. Tutte le indicazioni per il prossimo minimo solare che si avvicina rapidamente potrebbe essere anche più silenzioso e più profondo in quasi un secolo.
Una delle conseguenze naturali di un minimo solare è che la parte superiore dell’atmosfera terrestre si raffredda. Un altro impatto naturale della diminuzione dell’attività solare è l’indebolimento del vento solare in arrivo sulla Terra e del suo campo magnetico che, a sua volta, consente ai raggi cosmici di penetrare maggiormente nel sistema solare. L’intensificazione dei raggi cosmici può avere conseguenze importanti su cose come la sicurezza dei passeggeri delle compagnie aeree e degli astronauti nello spazio, la copertura nuvolosa della Terra e il clima, e anche i fulmini.
Sopra: Strati dell’atmosfera. Credit: NASA
Possibile raffreddamento da record nella termosfera
Uno dei modi più importanti con cui il ciclo solare influenza il nostro pianeta è il raffreddamento della termosfera durante il minimo solare. La termosfera è la parte dell’atmosfera terrestre che inizia a circa 50 miglia (80 chilometri) sopra la superficie terrestre, si estende nello spazio esterno ed è caratterizzata da una temperatura sempre crescente con l’altezza. Nuovi dati dallo strumento SABRE della NASA a bordo del satellite TIMED della NASA confermano l’idea che la nostra atmosfera stia perdendo energia termica vicino al bordo dello spazio mentre ci avviciniamo al minimo solare. In effetti, se le tendenze attuali continuano, si potrebbe presto raggiungere il record di freddo per quanto riguarda l’età spaziale secondo la NASA. Ci sono buone notizie e cattive notizie in tutto questo. La buona notizia è che quando la termosfera si raffredda, in realtà si riduce, riducendo quindi la resistenza sui satelliti in bassa orbita terrestre che può aumentare la vita di un satellite. La cattiva notizia è che questo raffreddamento in alto tende a ritardare il decadimento naturale della spazzatura spaziale, risultando in un ambiente più confuso intorno alla Terra.
Thermosphere Climate Index (TCI)
Lo strumento SABRE è in orbita da 17 anni e monitora la radiazione infrarossa da anidride carbonica (CO2) e ossido nitrico (NO), due sostanze che svolgono un ruolo vitale nella produzione di energia della nostra termosfera, il livello più alto della nostra atmosfera. Misurando il bagliore infrarosso di queste molecole, SABRE può valutare lo stato termico del gas nella zona superiore dell’atmosfera nella termosfera. La NASA ha effettivamente creato un indice chiamato Termo (Thermosphere Climate Index) per misurare la quantità di NO scaricata dalla termosfera nello spazio esterno. Durante la fase massima solare, il TCI è molto alto ed è basso al momento del minimo solare.
Secondo la NASA, attualmente il TCI è molto basso in quanto SABRE misura 33 miliardi di watt di energia a infrarossi da NO che è dieci volte più piccola di quella osservata durante le fasi più attive di un ciclo solare. In effetti, i numeri TCI sono molto vicini a stabilire un record e questo potrebbe accadere molto presto durante i prossimi mesi (fonte). Sebbene SABRE sia in orbita da 17 anni, la NASA ha calcolato il TCI fino agli anni ’40. Secondo la NASA, “SABRE ci ha insegnato a farlo rivelando come il TCI dipenda da altre variabili come l’attività geomagnetica e l’emissione UV del sole – dati che sono stati misurati per decenni”.
Sopra: una registrazione storica del Thermosphere Climate Index. Mlynczak e colleghi hanno recentemente pubblicato un articolo sul TCI che mostra che lo stato della termosfera può essere discusso usando un insieme di cinque termini in linguaggio semplice: Freddo, Freddo, Neutro, Caldo e Caldo. Fonte: spaceweather.com
I raggi cosmici galattici sono particelle ad alta energia provenienti dall’esterno del sistema solare che possono avere un impatto sull’atmosfera terrestre. La nostra prima linea di difesa dai raggi cosmici viene dal sole, quando il suo campo magnetico e il vento solare si combinano per creare uno “scudo” che respinge i raggi cosmici che tentano di entrare nel sistema solare. L’azione di schermatura del sole è più forte durante il massimo solare e il più debole durante il minimo solare con il campo magnetico indebolente e il vento solare. L’intensità dei raggi cosmici varia globalmente di circa il 15% in un ciclo solare a causa dei cambiamenti nella forza del vento solare, che trasporta un debole campo magnetico nell’eliosfera, schermando parzialmente la Terra dalle particelle cariche galattiche a bassa energia
Prove di un aumento delle radiazioni stratosferiche
Un modo per monitorare la penetrazione dei raggi cosmici nell’atmosfera superiore della Terra consiste nel misurare la radiazione stratosferica per un lungo periodo di tempo. “Spaceweather.com” ha condotto uno sforzo a partire dal 2015 per monitorare i livelli di radiazione nella stratosfera negli Stati Uniti con frequenti voli in mongolfiera ad alta quota. Questi palloncini contengono sensori che rilevano raggi X, raggi gamma e neutroni nella stratosfera prodotta dallo schianto dei raggi cosmici primari nell’atmosfera terrestre. I sensori campionano energie tra 10 keV e 20 MeV, coprendo la gamma di macchine mediche a raggi X, dispositivi di sicurezza aeroportuali e “elettroni killer” nelle fasce di radiazione della Terra.
Sopra: tassi di dose al Regener-Pfotzer Maximum, uno strato di picco di radiazioni a circa 20 km sopra la superficie terrestre. fonte
Lo sforzo iniziale di monitoraggio si è concentrato sullo stato della California, ma da allora si è esteso a una dozzina di altri stati, tra cui: NV, OR, WA, ID, WY, KS, NE, MO, IL, ME, NH, VT. Ognuno di questi stati ha visto una tendenza al rialzo delle radiazioni secondo spaceweather.com che va dal + 20% nella California centrale al + 33% nel Maine. Gli ultimi punti (cerchiati in rosso) sono stati raccolti durante una campagna di ballooning nel periodo agosto-ottobre 2018.
Conseguenze dell’aumento dei raggi cosmici
1) Minaccia per i passeggeri delle linee aeree e gli astronauti che esplorano nello spazio
Le radiazioni cosmiche alle quote aeree sono in genere 50 volte superiori a quelle naturali al livello del mare. I piloti sono classificati come lavoratori delle radiazioni professionali dalla Commissione internazionale per la protezione radiologica (ICRP) e, secondo un recente studio condotto da ricercatori della Harvard School of Public Health, gli assistenti di volo affrontano un rischio elevato di cancro rispetto ai membri della popolazione generale.
Non solo un aumento dei raggi cosmici può avere un impatto sui passeggeri degli aerei, ma può avere un impatto pericoloso sugli astronauti quando esplorano lo spazio. Un articolo di recente pubblicazione supporta la scoperta di un aumento dei raggi cosmici mentre l’attività solare continua a diminuire e ci avviciniamo al prossimo minimo solare e gli autori, guidati dal Prof. Nathan Schwadron dell’Università del New Hampshire, mostrano che le radiazioni provenienti dallo spazio profondo sono pericolose e si intensificano più velocemente di quanto previsto in precedenza. La storia ha inizio quattro anni fa, quando Schwadron e colleghi hanno lanciato l’allarme per i raggi cosmici. Analizzando i dati del Cosmic Ray Telescope per gli effetti delle radiazioni (CRaTER) a bordo del Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) della NASA, hanno scoperto che i raggi cosmici nel sistema Terra-Luna raggiungevano i livelli mai visti prima nell’Era Spaziale. Il peggioramento dell’ambiente della radiazione, hanno sottolineato, era un potenziale pericolo per gli astronauti, limitando il tempo in cui potevano viaggiare in sicurezza nello spazio. Questa figura (sopra) del loro articolo originale del 2014 mostra il numero di giorni in cui un astronauta maschio di 30 anni che volava su un’astronave con 10 g/cm2 di schermatura di alluminio poteva andare prima di raggiungere i limiti di radiazione imposti dalla NASA. Negli anni ’90, l’astronauta poteva trascorrere 1000 giorni nello spazio interplanetario. Nel 2014 … solo 700 giorni. “Questo è un grande cambiamento”, afferma Schwadron.
L’azione di schermatura del sole è più forte durante il massimo solare e più debole durante il minimo solare, quindi al ritmo di 11 anni nella durata della missione sopra riportata. Il problema è che, come gli autori annotano nel loro nuovo studio, lo scudo si sta indebolendo: “Nell’ultimo decennio, il vento solare ha esibito basse densità e campi magnetici, rappresentando stati anomali che non sono mai stati osservati durante l’Era Spaziale. Il risultato di questa attività solare notevolmente debole, l’abbiamo anche osservata nei più alti flussi di raggi cosmici”.
2) Copertura nuvolosa e clima
La correlazione tra raggi cosmici e copertura nuvolosa su un ciclo solare è stata segnalata per la prima volta da Svensmark e Friis-Christensen nel 1997. Uno studio più recente di Svensmark pubblicato nel numero di agosto 2016 del Journal of Geophysical Research: Space Physics continua a sostenere l’idea di un’importante connessione tra raggi cosmici e nuvole. In questa pubblicazione, gli autori hanno scoperto che “la variazione osservata del 3-4% della copertura nuvolosa globale durante il recente ciclo solare è fortemente correlata con il flusso dei raggi cosmici. Questo, a sua volta, è inversamente correlato con l’attività solare. L’effetto è maggiore a latitudini più alte in accordo con l’effetto schermante del campo magnetico terrestre su particelle cariche ad alta energia. La relazione di cui sopra tra il flusso dei raggi cosmici e la copertura nuvolosa dovrebbe anche essere importante per una spiegazione della correlazione tra la lunghezza del ciclo solare e la temperatura globale che è stata trovata”.
3) Possibile innesco del fulmine
Infine, alcune ricerche suggeriscono che esiste una connessione tra raggi cosmici e fulmini (carta 1, carta 2). Quando i raggi cosmici si schiantano in molecole nella nostra atmosfera, le collisioni creano una pioggia di particelle subatomiche, inclusi elettroni, positroni e altre particelle caricate elettricamente. Questa pioggia di elettroni si scontrerebbe con altre molecole d’aria, generando più elettroni. Tutto sommato, i raggi cosmici potrebbero innescare una valanga di elettroni e innescare un fulmine.
Meteorologist Paul Dorian
Perspecta, Inc.
perspectaweather.com
