Aurora sopra la costa dell’Irlanda del Nord. La grande tempesta solare di maggio 2024, che ha scatenato splendide manifestazioni aurorali in gran parte del mondo, ha anche creato due nuove cinture di radiazioni osservate con un satellite che è tornato in vita. “Questo è davvero sorprendente,” ha detto Xinlin Li, professore presso il Laboratorio di Fisica Atmosferica e Spaziale dell’Università del Colorado, Boulder, in una dichiarazione. “Quando abbiamo confrontato i dati prima e dopo la tempesta, ho detto, ‘Wow, questo è qualcosa di davvero nuovo’.”
Maggio 2024 ha visto una serie di potenti tempeste eruttare dal nostro sole, espellendo nuvole di particelle cariche nello spazio e culminando in una drammatica manifestazione di aurora boreale (luci del nord) e aurora australe (luci del sud) — il risultato della più potente tempesta geomagnetica sperimentata sulla Terra dal marzo 1989. E il satellite Colorado Inner Radiation Belt Experiment (CIRBE) della NASA aveva dormito per tutto il tempo. Progettato per studiare le cinture di radiazioni di Van Allen della Terra, CIRBE è stato lanciato nell’aprile 2023 ma è rimasto silente a metà aprile 2024 a causa di un problema tecnico a bordo. Si è risvegliato a giugno, e quando è tornato operativo, qualcosa era cambiato: erano apparse due nuove cinture di radiazioni!
Le cinture di radiazioni di Van Allen contengono particelle cariche trattenute dal campo magnetico della Terra. Ci sono due cinture permanenti, ma l’apparizione di una nuova cintura di radiazioni temporanea tra le due cinture permanenti dopo una tempesta solare non è insolita — tali cinture di breve durata sono state rilevate per la prima volta nel 2013. Ciò che CIRBE ha trovato di insolito riguardo a queste due nuove cinture dopo l’evento di maggio 2024 era la loro composizione e durata. Di solito, le cinture temporanee che si formano dopo una tempesta solare sono composte da elettroni ad alta energia. Una delle nuove cinture trovate da CIRBE seguiva questo schema. Tuttavia, l’altra cintura conteneva anche una sostanziale abbondanza di protoni ad alta energia (i protoni si trovano anche nelle cinture di radiazioni permanenti). Si crede che la loro presenza nella nuova cintura sia il prodotto dell’intensità delle tempeste solari di maggio 2024.
Le cinture di radiazioni temporanee di solito durano al massimo quattro settimane prima di dissiparsi, ma le nuove cinture trovate da CIRBE avevano durate molto più lunghe: la cintura dominata dagli elettroni è sopravvissuta per tre mesi dopo la tempesta solare, mentre si crede che la cintura dominata dai protoni sia ancora avvolta attorno alla Terra anche ora. “Questi sono elettroni e protoni ad altissima energia che hanno trovato la loro strada nell’ambiente magnetico interno della Terra,” ha detto David Sibeck del Goddard Space Flight Center della NASA nel Maryland. “Alcuni potrebbero rimanere in questo posto per molto tempo.”
Mentre le tempeste solari possono creare nuove cinture di radiazioni come questa, possono anche distruggerle. Una tempesta moderatamente potente nel giugno 2024 ha ridotto la cintura dominata dagli elettroni, e un’altra tempesta nell’agosto 2024 l’ha quasi completamente eliminata. La cintura ricca di protoni rimane perché si trova in una regione più stabile dove i suoi protoni sono meno vulnerabili a essere spinti fuori dall’orbita.
L’esistenza di queste cinture temporanee contenenti particelle cariche ad alta energia — l’intervallo di energia degli elettroni era di 1,3 a 5 megaelettronvolt (MeV), e per i protoni era ancora maggiore, da 6,8 a 20 MeV — potrebbe avere ripercussioni per il lancio di veicoli spaziali attraverso le cinture di Van Allen per raggiungere l’orbita geostazionaria (che si trova a un’altitudine di 22.236 miglia, o 35.785 chilometri) o oltre. Le particelle cariche contenute nelle cinture possono danneggiare i componenti elettrici nei satelliti e nei veicoli spaziali, fornendo un ulteriore rischio di radiazioni per gli astronauti nel caso in cui tornassero sulla luna o si avventurassero su Marte. Per garantire la massima sicurezza al lancio, alcune missioni future, in particolare quelle con equipaggio, potrebbero dover modificare i loro piani di lancio o portare una schermatura extra dopo le tempeste solari.
La tempesta solare di maggio 2024 ha creato due cinture di radiazioni extra, incastonate tra le due cinture permanenti di Van Allen. Una delle nuove cinture, mostrata in viola, includeva una popolazione di protoni, conferendole una composizione unica che non era mai stata vista prima. Tuttavia, misurazioni precedenti hanno rivelato discrepanze tra le osservazioni dell’età solare e i modelli teorici — e ora, un team guidato da Bétrisey ha dimostrato che probabilmente è l’attività magnetica del sole stesso a essere in difetto. Questo è sorprendente, perché il consenso precedente era che l’attività magnetica non dovesse avere alcun impatto.
Il team di Bétrisey ha esaminato 26,5 anni di dati provenienti da due programmi di osservazione solare. Uno era BISON, il Birmingham Solar Oscillations Network, che è una raccolta di osservatori solari terrestri supervisionati da scienziati dell’Università di Birmingham nel Regno Unito. L’altro era GOLF, lo strumento Global Oscillations at Low Frequency sulla missione congiunta NASA–ESA SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) lanciata nel 1995. Il nostro sole attraversa un ciclo di attività magnetica di 11 anni, passando dal minimo solare, quando ci sono a malapena macchie solari visibili, al massimo solare, quando ci sono macchie solari, prominenze, espulsioni di massa coronale e brillamenti in abbondanza. I dati di BISON e GOLF hanno entrambi mostrato una differenza del 6,5% nella misurazione dell’età del sole tramite eliosismologia al minimo solare rispetto al massimo solare. Inoltre, dei due cicli solari compresi nei 26,5 anni di osservazioni, sia BISON che GOLF hanno indicato che il ciclo con attività magnetica più forte aveva un impatto maggiore sulla discrepanza nella misurazione dell’età.
Poiché, in termini generali, il sole non è una stella molto attiva, i risultati di BISON e GOLF suggeriscono che “l’impatto dell’attività magnetica potrebbe essere molto significativo per stelle più attive come quelle che PLATO rileverà,” ha detto Bétrisey. Per quanto riguarda CIRBE, il destino è stato nient’altro che ironico. Mentre gli effetti della tempesta solare di maggio 2024 hanno dato al cubesat un’ultima possibilità di gloria, hanno anche segnato il suo destino. La tempesta ha iniettato una quantità sostanziale di energia nell’alta atmosfera terrestre, gonfiando la termosfera e aumentando la resistenza atmosferica sul satellite. Questo ha rallentato la sua orbita, facendolo scendere a quote sempre più basse. Alla fine, è deorbitato e si è bruciato in ottobre. La scoperta delle due nuove cinture di radiazioni è stata pubblicata il 6 febbraio nel Journal of Geophysical Research: Space Physics.