L’aurora boreale da record che nessuno si aspettava nel maggio 2024: come arrivò fino in Italia

La straordinaria visibilità delle emissioni aurorali in Italia durante la notte del 10 e 11 maggio del 2024 fu il risultato di una attività solare eccezionale. Aurore rosa e rosse furono ben visibili a occhio nudo fino in Sicilia.

Conosciuta come la tempesta della Festa della Mamma, l’evento è stato provocato da una sequenza ravvicinata di eruzioni solari originate soprattutto dalla regione attiva denominata AR 13664, una regione di macchie solari di elevata complessità magnetica. Le espulsioni di massa coronale (conosciute in inglese come CME, ovvero coronal mass ejection) rilasciate da questa regione solare in rapida successione hanno interagito tra loro durante il viaggio verso la Terra, producendo condizioni estreme di space weather (meteorologia spaziale).

Il NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) lo ha classificato come evento G5, il livello più elevato della propria scala, con effetti sui satelliti (navigazione GPS e comunicazioni) fino alle infrastrutture tecnologiche sulla superficie terrestre.

Un recente studio ha ricostruito nel dettaglio la dinamica delle espulsioni di massa coronale di quell’evento utilizzando un nuovo modello di magnetoidrodinamica (la disciplina scientifica che studia la dinamica di interazione dei plasmi con campi magnetici). I risultati confermano che la fusione delle CME ha amplificato drasticamente l'energia complessiva dell'evento. Il team di ricerca ha affermato che il nuovo modello permetterebbe di prevedere un nuovo evento simile a quello di maggio 2024 con un'accuratezza maggiore del 70% rispetto ai risultati ottenuti dalle osservazioni dirette in tempo reale.

Eventi di questa portata restano difficili da prevedere con largo anticipo. Tuttavia i fenomeni estremi di questo tipo possono verificarsi pure quando l'attività solare complessiva sta calando, come nella storica tempesta di Halloween del 2003.  Il Sole ha raggiunto il massimo dell'attuale ciclo solare (della durata di circa undici anni) sul finire del 2024 (il ciclo numero 25 da quando è iniziato il conteggio dell’attività del Sole nel 1755) per poi entrare in una fase di lento declino nel corso del 2025, tutt’ora in corso.

Dieci eruzioni in tre giorni in un’unica tempesta geomagnetica

Alla base della tempesta di maggio 2024 c'è la regione solare attiva AR 13664 costituita da un gruppo gigantesco di macchie solari che nel suo momento di massimo sviluppo hanno raggiunto una larghezza totale pari a circa 15 volte quella della Terra (in media circa 200.000 chilometri).

All’interno di questa regione si sono sviluppati molteplici campi magnetici aggrovigliati e con una struttura complessa che hanno generato in rapida sequenza dieci espulsioni di massa coronale, lanciando nello spazio enormi quantità di particelle cariche (Le CME sono costituite principalmente da un plasma caldissimo e ionizzato formato da particelle cariche in movimento).

La contemporaneità di queste eruzioni è legata all'estrema instabilità magnetica di AR 13664 che ha continuato a produrre molteplici riorganizzazioni dei campi magnetici  mentre il Sole si avvicinava al massimo del ciclo undecennale. Le linee magnetiche aggrovigliate formano delle strutture a forma di arco. Queste strutture intrappolano il plasma solare e si sollevano sopra le zone attive del Sole (ovvero quelle dove sono presenti le macchie solari). Quando la tensione accumulata è troppa, le linee del campo magnetico si spezzano e si ricongiungono in una configurazione più stabile, liberando il flusso di particelle cariche.

I ricercatori hanno costruito dei nuovi modelli magnetoidrodinamici (nell'articolo dello studio vengono citati in breve come MHD, dall’acronomico inglese magnetohydrodynamic) dei plasmi solari e dell’interazione dei flussi di particelle con il campo magnetico terrestre. Per ricostruire questa evoluzione gli autori hanno utilizzato un modello chiamato EUHFORIA (EUropean Heliospheric FORecasting Information Asset, tradotto in italiano come Risorsa Informativa Europea per la Previsione Eliosferica), un modello tridimensionale magnetoidrodinamico pensato per la meteorologia spaziale e l'analisi degli eventi di questo tipo.

Le simulazioni con i modelli precedenti si erano spinte al massimo a tre CME interagenti. Con il nuovo modello i ricercatori hanno affrontato per la prima volta un sistema di dieci eruzioni. Simulando la loro propagazione con EUHFORIA sono riusciti a riprodurre l'orario di arrivo della tempesta e l'andamento del campo magnetico con un anticipo di circa due ore.

Perché è stata vista fino in Italia: i 3 motivi

Normalmente le aurore si concentrano alle alte latitudini perché le particelle energetiche vengono guidate verso l’atmosfera lungo le linee del campo magnetico terrestre. Durante una grande tempesta geomagnetica la magnetosfera viene invece altamente compressa e deformata e il flusso aurorale può espandersi verso latitudini molto più basse rispetto a quelle tradizionali.

La visibilità dell'aurora dall'Italia nella notte tra il 10 e l'11 maggio è stata la conseguenza della combinazione di tre fenomeni fisici che raramente si verificano insieme con questa intensità.

Il primo è appunto la compressione della magnetosfera terrestre. L'arrivo quasi simultaneo delle CME fuse ha investito il campo magnetico del pianeta con una pressione dinamica eccezionale. Questa pressione ha compresso la magnetopausa e spinto l'ovale aurorale, la fascia in cui normalmente si concentrano le luci polari, verso latitudini molto più basse del solito.

Il secondo fattore riguarda la comparsa di archi SAR (dall’inglese Stable Auroral Red), spesso confusi con l'aurora vera e propria ma generati da un meccanismo diverso. Mentre l'aurora nasce dall'impatto diretto delle particelle solari con l'atmosfera, gli archi SAR derivano dal calore che la corrente ad anello che circonda la Terra trasferisce agli elettroni della ionosfera, producendo una luce rossa diffusa e stabile capace di restare visibile per ore anche a latitudini come quella italiana. Molte delle fotografie scattate quella notte ritraggono proprio questo fenomeno.

Il terzo elemento è di natura geometrica e all’effetto prospettico legato all'altitudine delle emissioni luminose. Le emissioni rosse dell'ossigeno atomico, responsabili di gran parte dei colori osservati, si generano a quote comprese fra 200 e 500 chilometri, un'altezza sufficiente perché la loro luce resti visibile anche a centinaia di chilometri di distanza dal punto in cui si origina.

Meteorologia spaziale e i limiti di previsioni delle tempeste solari

Le tempeste geomagnetiche estreme restano un rischio concreto per le infrastrutture tecnologiche. In orbita l'aumento della densità dell'alta atmosfera dovuto al riscaldamento termico incrementa l'attrito sui satelliti a bassa quota, rallentandoli e modificandone le orbite, fino quasi a causarne un possibile deorbitamento e rientro in atmosfera.

Le radiazioni invece possono danneggiare l'elettronica e mettere fuori uso i sistemi di bordo dei satelliti non accuratamente schermati. Anche i segnali GPS e le comunicazioni radio in alta frequenza sono risultati inaffidabili per diverse ore in più parti del mondo.

Sulla superficie terrestre, il pericolo principale riguarda le reti elettriche. Le correnti indotte geomagneticamente possono sovraccaricare i trasformatori con il rischio nei casi più gravi di blackout estesi.

Quando una CME lascia il Sole si possono stimare direzione, velocità e finestra di arrivo, anche con diversi giorni di preavviso. È però molto più difficile prevederne l’intensità. Una variabile fondamentale è l’orientamento del campo magnetico nelle zone attive del Sole.

Questa informazione non può essere ricavata con sufficiente precisione dalle sole osservazioni delle sonde vicino al Sole (come la Parker Solar Probe della NASA). Le sonde che misurano il vento solare diventano cruciali quando la CME è ormai prossima alla Terra, riducendo il margine temporale. Modelli MHD come EUHFORIA possono allora aiutare a trasformare le osservazioni dirette del Sole in una simulazione fisica in tempo reale dell’evoluzione della tempesta, ampliando notevolmente la finestra di preavviso.

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