I satelliti GPS sono minacciati più da lievi tempeste solari che da mostruose eruzioni solari

L’evento meteorologico spaziale più intenso degli ultimi due decenni ha colpito l’orbita dei satelliti GPS subito dopo un minimo solare.

Un nuovo studio ha scoperto che lievi tempeste solari possono causare problemi più seri ai satelliti GPS rispetto agli eventi che si verificano una volta ogni secolo.

Le tempeste che eruttano dal sole creano sfide per i satelliti nell’orbita terrestre. Gli scienziati stanno cercando di comprendere meglio questi eventi per aiutare gli operatori a proteggere i loro veicoli spaziali. E a volte trovano sorprese.

Un nuovo studio condotto dai ricercatori del British Antarctic Survey (BAS) ha scoperto che i satelliti nell’orbita del Global Positioning System (GPS) possono soffrire di più a causa delle tempeste solari più miti che degli eventi spaventosi che devastano le reti elettriche e le reti di telecomunicazione sulla Terra.

Nigel Meredith, ricercatore meteorologico spaziale del BAS, e i suoi colleghi hanno analizzato 20 anni di dati satellitari e hanno scoperto che l’incidente più impegnativo per i veicoli spaziali GPS statunitensi, che forniscono servizi critici per molti settori, compresi tutti i tipi di trasporti, banche e trivellazioni petrolifere - proveniva da una tempesta solare minore nel 2010, durante una parte sonnolenta del ciclo di attività del sole di 11 anni. E l’evento meteorologico spaziale più significativo della storia recente, la tempesta di Halloween del 2003, ha lasciato per lo più incolumi i satelliti GPS in orbita a 12.550 miglia (20.200 chilometri) sopra la Terra.

"A volte le persone pensano che quando c'è una super tempesta, tutto accadrà in una volta. Ma dal nostro studio, emerge che non è necessariamente così", ha detto Meredith a Space.com. "Abbiamo visto i flussi più grandi [di particelle energetiche provenienti dal sole] durante quella che, molti potrebbero dire, è stata una tempesta benigna."

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Le tempeste solari sono causate dalle interazioni delle particelle cariche che compongono il vento solare con il campo magnetico terrestre e l'atmosfera del nostro pianeta. Il vento solare è un flusso di gas ionizzato che scorre costantemente dal sole. Durante le grandi eruzioni di materiale solare note come espulsioni di massa coronale (CME), il sole scaglia enormi quantità di questo vento solare contemporaneamente nello spazio.

Le particelle nel vento solare sono magnetizzate e quando queste enormi eruzioni di plasma colpiscono le linee magnetiche della Terra con il polo magnetico opposto, disconnettono temporaneamente lo scudo magnetico protettivo del pianeta e penetrano in profondità nell'atmosfera. Le reazioni delle particelle solari con i gas atmosferici innescano aurore colorate ma inducono anche correnti elettriche che possono, nel caso delle tempeste più violente, mettere fuori uso le reti elettriche e interrompere le reti di telecomunicazione.

Esistono diversi modi in cui le tempeste solari influenzano i satelliti. Quando le particelle del vento solare si mescolano con le molecole d’aria, ad esempio, l’atmosfera si riscalda e si gonfia, facendo aumentare la densità dei gas tenui negli strati superiori dell’atmosfera. I veicoli spaziali in orbita terrestre bassa, inclusa la Stazione Spaziale Internazionale, sperimentano improvvisamente più resistenza e iniziano a perdere quota.

I satelliti all'altitudine GPS soffrono di un diverso effetto della meteorologia spaziale. Quando le potenti esplosioni del vento solare infrangono il campo magnetico terrestre, le particelle solari cariche rimangono intrappolate dietro le linee magnetiche del pianeta, iniettando energia extra nella cintura di radiazione esterna della Terra. In questa regione, che si estende tra circa 8.000 miglia (13.000 chilometri) e 28.000 miglia (45.000 chilometri), le concentrazioni di particelle energetiche sono sempre piuttosto elevate. Una tempesta solare della giusta intensità può riscaldare considerevolmente la situazione, provocando un drammatico aumento del numero di elettroni "killer", elettroni così energetici da sfrecciare attorno al pianeta ogni 10 minuti.

"[Questi elettroni] hanno un'energia molto elevata. Possono penetrare nelle superfici dei satelliti, incorporarsi negli isolanti e sostanzialmente rimanere lì", ha detto Meredith. "Una volta che si trovano in un isolante, la carica può accumularsi nel tempo e quindi superare i livelli necessari per un guasto. Si può avere una scarica elettrostatica, che può danneggiare i componenti elettronici."