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Tempeste solari: 16 anni di dati raccolti dai Gps

Sviluppati nei laboratori di Los Alamos e montati a bordo degli stessi satelliti che usiamo ogni giorno con i nostri navigatori e smartphone, i sensori mettono a disposizione dati preziosi per prevedere fenomeni estremi. Mauro Messerotti (Inaf): «Si tratta della più completa copertura osservativa mai effettuata»

Sono oltre 16 anni di dati, li hanno raccolti con sensori a bordo dei satelliti Gps e da oggi, per la prima volta nella storia, sono stati resi disponibili al pubblico. Per ordine della Casa Bianca: qui il decreto dell’ottobre scorso, da significativo titolo “Coordinating Efforts to Prepare the Nation for Space Weather Events” con il quale l’ex presidente degli Stati Uniti Barack Obama ne aveva ordinato la diffusione. Ma di che dati si tratta? Sono tutte misure relative allo space weather: espressione inglese traducibile come ‘meteorologia spaziale’, anche se nulla ha a che fare con le comuni previsioni del tempo, riferendosi alle condizioni ambientali nello spazio esterno – dunque a fenomeni come le tempeste solari. Dati d’importanza cruciale per comprendere come proteggere al meglio infrastrutture critiche sensibili alle tempeste magnetiche quali, ad esempio, i satelliti, gli aerei, le reti di comunicazione, i sistemi di navigazione e la rete elettrica.

I sei piani orbitali lungo i quali i satelliti Gps volano intorno alla Terra. La configurazione rappresentata nell’immagine mostra le orbite poco prima dell’inizio della più grande tempesta geomagnetica dell’attuale ciclo solare, avvenuta il 17 marzo 2015. Le linee orbitali più scure indicano la posizione dei satelliti in quel momento, mentre quelle più tenui mostrano dove si trovavano 12 ore prima. Crediti: Los Alamos National Laboratory.

«Gli strumenti di monitoraggio dello space weather sviluppati a Los Alamos sono in funzione da decenni sui satelliti Gps», dice Marc Kippen, responsabile del programma del Los Alamos National Laboratory, in New Mexico, che ha messo a punto i sensori per la meteorologia spaziale. «Degli oltre 30 satelliti Gps statunitensi in orbita, a oggi sono 23 ad avere a bordo questi strumenti. Se moltiplichiamo il numero dei satelliti impegnati nella raccolta dati per gli anni di attività, otteniamo oltre 167 “anni satellitari”: una quantità d’informazioni davvero senza precedenti».

I sensori a bordo dei Gps sviluppati a Los Alamos, in orbita a circa 20mila km di quota, misurano senza sosta l’energia e l’intensità delle particelle cariche, per lo più elettroni e protoni, eccitate e intrappolate nel campo magnetico terrestre. Sono le particelle che formano le fasce di Van Allen. Ciascun sensore effettua una misura delle fasce ogni sei ore, dunque l’attuale costellazione di satelliti Gps consente d’avere 92 misure complete al giorno. Nel complesso, un archivio globale e continuo della variabilità di queste fasce negli ultimi 16 anni, comprese le interazioni con le tempeste solari: informazioni di valore inestimabile per sviluppare modelli efficaci di previsione dello space weather.

«La disponibilità dei dati raccolti dai sensori dei satelliti della costellazione Gps nel corso di 16 anni rappresenta una grande opportunità per una migliore comprensione della fisica della fascia di Van Allen esterna, popolata da elettroni di origine cosmica e solare», spiega a Media Inaf Mauro Messerotti, fisico solare all’Inaf di Trieste. «Si tratta infatti della più completa copertura osservativa mai effettuata, in quanto le orbite dei satelliti Gps campionano con continuità questa regione del geospazio».

«L’analisi dei dati consentirà di affinare significativamente i modelli che descrivono struttura e popolazione di questa regione dello spazio circumterrestre, continuamente attraversata da un gran numero di satelliti, i quali possono subire malfunzionamenti e, nei casi più estremi, danni irreparabili», sottolinea Messerotti. «Si potranno infatti studiare con grande livello di dettaglio eventi di space weather estremi già identificati nel periodo delle osservazioni con i detector di particelle dei satelliti Gps».

Per saperne di più:

 

Fonte : http://www.media.inaf.it/2017/02/01/sensori-gps-tempeste-solari/

Le battaglie del Sole

Un team di ricerca del New Jersey Institute of Technology ha individuato una nuova relazione tra macchie solari ed eruzioni, i fenomeni che agitano la superficie della nostra stella. I risultati su Nature Communications

La superficie del Sole non è affatto un ambiente tranquillo. E cambia in continuazione: in alcune fasi del ciclo solare, la nostra stella appare agli astronomi interamente ricoperta da puntini più scuri. Si tratta delle macchie solari, o sunspot, la cui rotazione sulla superficie del Sole è da tempo ritenuta responsabile di episodi molto violenti chiamati eruzioni solari: improvvise esplosioni (dette anche brillamenti) che causano forti radiazioni elettromagnetiche con una conseguente espulsione di particelle cariche nello spazio. In base a questa teoria, il moto delle macchie solari provoca l’energia necessaria per ‘esplodere’ sotto forma di eruzioni solari. Ma un gruppo di ricerca del New Jersey Institute of Technology (NJIT) ha individuato per la prima volta un meccanismo in un certo senso inverso: secondo gli scienziati, le eruzioni solari hanno a loro volta un importante impatto sui sunspot. In che modo ?

Aumentandone la velocità di rotazione: i ricercatori affermano che i brillamenti inducono le macchie solari a ruotare molto più velocemente di quanto normalmente si osserva prima delle eruzioni. Questi risultati, pubblicati su Nature Communications, sono stati ottenuti sulla base delle immagini ad alta risoluzione catturate da New Solar, il telescopio di 1.6 metri del NJIT.

“Pensiamo che la rotazione delle macchie solari generi l’energia magnetica rilasciata sotto forma di eruzioni – spiega Chang Liu, prima firma dell’articolo – ma allo stesso tempo abbiamo osservato che le eruzioni possono indurre le macchie a ruotare circa 10 volte più velocemente. Questo ci mostra la natura potente e magnetica dei bagliori solari”.

Questi nuovi dati aiutano anche a definire la dimensione spazio-temporale delle macchie solari, descrivendo in modo preciso la loro rotazione progressiva e non uniforme. Informazioni essenziali per l’evoluzione della fisica del Sole, quella disciplina che studia le affascinanti e movimentate ‘battaglie’ sulla superficie della nostra stella.

Fonte : http://www.asi.it/it/news/le-battaglie-del-sole

I segni del ciclo solare SC25 visti superficialmente dal campo magnetico toroidale

Interessante articolo recente pescato in rete. I passi più significativi…

Analizzando la componente del campo toroidale (dati raccolti dal Solar Dynamics Observatory / immagini eliosismiche magnetiche di – SDO / HMI – e Wilcox Solar Observatory – WSO -, osserviamo i primi segni del prossimo ciclo solare apparsi alle alte latitudini. WSO ha fornito i dati per gli ultimi quattro cicli delle macchie solari, mentre SDO per gli ultimi sei anni.

Figura 1 – La direzione misurata della componente dei campi magnetici toroidali da maggio 1976 al giugno 2016. Le frecce e i colori indicano la direzione desunta del campo da est-ovest. I colori rosso e blu rappresentano rispettivamente la polarità dei campi negativi e positivi. L’intensità del colore indica l’entità dell’inclinazione media.

La componente toroidale mostra chiaramente la durata dei cicli solari (Fig. 1). Dopo il massimo del ciclo delle macchie solari, il ciclo successivo inizia alle alte latitudini con il campo toroidale che inizia a cambiare direzione, con cambiamenti nei segni della polarità. Raggiunto l’equatore, il ciclo raggiunge il minimo, mentre per passare al ciclo successivo occorrono almeno quattro anni.  Al ciclo tipico di “11 anni”, occorrono circa 16 anni per passare da l’alta a bassa latitudine.

Figura 3 – La figura 3 mostra la stessa analisi effettuata con i dati WSO. Qui viene misura la differenza fra l’inclinazioni delle due polarità. 

Entrambe le figure 1 e 3 mostrano l’inizio del ciclo 25 alle alte latitudini meridionali. Questo dato, combinato con i rapporti precedenti che riguardano l’intensità del campo magnetico polare dell’emisfero sud e l’intensità del campo magnetico polare nel passato minimo (dati del 2008), confermano che il ciclo 25 esiste e probabilmente avrà una forza simile a ciclo 24.

 

References

[1] Shrauner, J.A., Scherrer, P.H., 1994, Solar Phys, 153, 131, (DOI: 10.1007/BF00712496)
[2] Lo, L., Hoeksema, J.T., Scherrer, P.H., ASP Conf. Series. 428, (2010ASPC..428..109L)

 

Fonte : http://hmi.stanford.edu/hminuggets/?p=1657

 

Michele

 

Aurore di Giove, ‘faro’ planetario

Tracciata la causa delle intense aurore a raggi X ai poli di Giove: le tempeste solari. Usando i dati della sonda NASA Chandra X-Ray Observatory e XMM-Newton dell’ESA

E’ stata scoperta la causa delle intense aurore boreali, ricche di raggi X riscontrate sul ‘gigante gassoso’ del nostro sistema solare, Giove. Il ‘colpevole’? Le potenti tempeste solari che causano aurore otto volte più luminose di quelle normali e centinaia volte più potenti di quelle terrestri. A rivelarlo è uno articolo pubblicato sul Journal of Geophysical Research – Space Physics, dedicato allo studio di scienze dello spazio, condotto da un team di ricercatori dell’University College London, NASA e altre istituzioni. E’ proprio la particolare intensità dell’attività solare, più precisamente l’espulsione di massa coronale dove la materia solare viene lanciata a grandi velocità nello spazio, ad interagire con la magnetosfera dei Giove e causare quindi le aurore. Come sulla Terra, anche sul pianeta gassoso si formano aurore ai poli, in questo caso più energetiche e molto intense di radiazioni di raggi X. Per dare un’idea delle dimensioni, queste aurore gioviane ricoprono un superficie molto più ampia delle dimensioni della Terra stessa. E’ dunque il vento solare, intensificato dalle tempeste solari, che comprime il campo magnetico di Giove. Colpendo la magnetosfera, i cui confini vengono ‘stirati’ fino a 2 milioni di km nello spazio, provoca potenti raggi X, visibili dalle sonde in orbita intorno al polo Nord. Lo studio si riferisce in particolare a delle misurazioni fatte durante una potente aurora a raggi X dell’ottobre 2011. Due osservazioni di 11 ore hanno fornito i dati necessari per risalire al colpevole. In passato era stato localizzato un ‘hot spot’ pulsante sul polo Nord, un punto caldo particolarmente attivo nell’emettere raggi X. Durante le osservazioni del 2011 si è potuto determinare che le sue pulsazioni erano passate da ogni 45 minuti a ogni 26 minuti, in occasione dell’aurora boreale. Questo studio è stato pubblicato a pochi mesi dell’arrivo della sonda NASA Juno nei pressi di Giove. Previsto per l’estate 2016, l’arrivo di Juno permetterà di studiare più da vicino il campo magnetico del gigante gassoso, fornendo un’analisi più profonda su questo tipo di fenomeni.

Immagini che mostrano le misurazioni fatte in ottobre 2011 – Crediti: X-ray: NASA/CXC/UCL/W.Dunn et al, Optical: NASA/STScI

Fonte : http://www.asi.it/it/news/aurore-di-giove-faro-planetario

Un possibile legame fra la variabilità del Sole e l’attività vulcanica

Autori: (Paolo Madonia, Francesco Parello, Dalila Pitarresi, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sez. di Palermo, Palermo, Italia,e altri)

Riassunto

La variabilità solare ha la capacità di controllare il clima globale, che a sua volta agisce come un trigger per l’attività vulcanica. In questa ricerca si è studiato la connessione Sole-Terra analizzando la distribuzione temporale delle eruzioni dei vulcani situati nell’emisfero nord, nel mar dei Caraibi e ad est del Mar Mediterraneo, con particolare attenzione ai vulcani italiani più attivi. L’analisi comparata tra le macchie solari e i cicli vulcanici suggerisce che le eruzioni vulcaniche sono più frequenti durante i minimi dell’attività solare, con circa 3 eruzioni su 4 che si verificano nei minimi relativi del ciclo di undici anni del Sole. La relazione tra il Sole e la variabilità del sistema vulcanico non è così evidente nel lungo termine (scala temporale centenaria), poiché la complessa analisi del meccanismo che collega l’eruzioni vulcaniche a l’attività solare non può prescindere da discriminanti geodinamiche, che svolgono un ruolo fondamentale nel guidare la migrazione del magma verso la superficie terrestre.

Vulcani 1Abbiamo preso in considerazione le date di insorgenza delle eruzioni e agitazioni vulcaniche in sei diverse aree, che si trovano tra una latitudine compresa tra 10° N e 40° N: Mar dei Caraibi, isole di Capo Verde, le isole Azzorre, Isole Canarie, Italia e Grecia (i vulcani del distretto sud-italiano : Vesuvio, Etna, Stromboli e isola vulcano). Nella valutazione del possibile accoppiamento fra i cicli solari e l’attività vulcanica l’approccio che abbiamo seguito è stato il modello a blocchi: abbiamo semplicemente confrontato i tempi di eruzione e il numero di macchie solari, alla ricerca di un qualsiasi legame possibile tra questi due. Nel fare questo ci siamo concentrati con particolare attenzione ai cicli vulcanici, vale a dire, un gruppo di almeno tre eruzioni consecutivi il cui tempo di insorgenza era nettamente superiore rispetto ai periodi adiacenti, compreso i periodi dalla prolungata assenza di attività vulcanica. Per una migliore evidenza abbiamo tracciato le eruzioni usando una curva cumulativa. I dati provenienti da vulcani situati nella stessa zona sono state raggruppati e presentati qui sotto, fatta eccezione per l’italia, dove per un dettaglio maggiore, abbiamo considerato ogni vulcano separatamente. Nessuna relazione sistematica fra l’attività vulcanica e cicli solari centenari può essere accertata.

Vulcani 2Vulcani 3Il passo successivo è stato quello di suddividere le eruzioni per le diverse classi di SSN, cioè, associando ad ogni data di esordio di eruzione il corrispondente SSN osservato sul Sole I risultati sono tracciati sul grafico a barre, nella figura seguente. La distribuzione delle eruzioni in relazione al SSN rileva che il 73% delle eruzioni si è verificato quando il numero di macchie solari era inferiore a 60, condizione in base al quale il Sole ha speso il 76% del suo tempo. La forte somiglianza delle due distribuzioni di frequenza suggerisce l’assenza di rapporti causa-effetto tra i due parametri, poiché la probabilità che si verifichi una eruzione durante le fasi basse del SSN è più elevata solo perché il sole trascorre la maggior parte del suo tempo in questa condizione.

Vulcani 4Successivamente, ciascun ciclo solare è stato suddiviso in due metà, utilizzando la mediana ampiezza di picco come una divisione tra la parte bassa e alta del ciclo; le eruzioni sono state poi classificate in base alla loro posizione all’interno del picco. Come evidenziato nella figura sotto riportata, le più alte frequenze di eruzioni sono state osservate durante minimi relativi del ciclo solare, in tutte le aree considerate. Le isole delle Canarie hanno evidenziato le differenze più ampie, con il 90,9% delle eruzioni che si sono verificati durante i picchi di metà più bassi, rispetto al 9,1% durante quelli più alti, mentre lo Stromboli ha le differenze più basse, rispettivamente 55,2% e 44,8%. In totale, il 71,9% delle eruzioni ha avuto luogo durante i minimi del ciclo di 11 anni e solo il 28,1% durante i massimi.
Vulcani 5Conclusioni
I sistemi vulcanici sono controllati da meccanismi complessi e l’analisi di correlazioni tra l’eruzioni e l’attività solare non può prescindere da discriminanti geodinamiche, che svolgono un ruolo fondamentale nel guidare la migrazione del magma verso la superficie terrestre. Nonostante le complicazioni indotte da fattori geodinamici, l’analisi comparata tra i cicli delle eruzioni e il SSN suggerisce che le eruzioni vulcaniche sono più frequenti durante i minimi del ciclo solare di 11 anni. Circa 3 eruzioni su 4 si sono verificate nella zona studiata (minimo). Questo risultato può essere interpretato come un indizio preliminare che la variabilità del clima della Terra, guidato dal ciclo del Sole, potrebbe agire come un possibile fattore scatenante dell’attività vulcanica. Tuttavia, dal momento che questo effetto è una mera forzatura esterna della soglia eruttiva energetica di un vulcano, un collegamento diretto tra le eruzioni e dei cicli del Sole deve essere esclusa. L’attività di sole non può risvegliare una dormiente volcano, ma potrebbe scatenare l’insorgenza di un’eruzione in un vulcano che è in fase indipendentemente e in condizioni pre-eruttive.

Fonte : https://www.novapublishers.com/catalog/product_info.php?products_id=54254&osCsid=ca4f22cdac656b28ed24afa348882c8f