Interruzione dei sistemi elettriciModifica

È stato suggerito che una tempesta geomagnetica sulla scala della tempesta solare del 1859 oggi causerebbe miliardi o addirittura trilioni di dollari di danni ai satelliti, reti elettriche e comunicazioni radio, e potrebbe causare blackout elettrici su vasta scala che potrebbero non essere riparati per settimane, mesi o addirittura anni. Tali improvvisi blackout elettrici potrebbero minacciare la produzione di cibo.

Rete elettricaModifica

Quando i campi magnetici si muovono nelle vicinanze di un conduttore come un filo, una corrente indotta geomagneticamente viene prodotta nel conduttore. Questo accade su larga scala durante le tempeste geomagnetiche (lo stesso meccanismo ha anche influenzato le linee telefoniche e telegrafiche prima della fibra ottica, vedi sopra) su tutte le lunghe linee di trasmissione. Lunghe linee di trasmissione (molti chilometri di lunghezza) sono quindi soggetti a danni da questo effetto. In particolare, questo include principalmente gli operatori in Cina, Nord America e Australia, specialmente nelle moderne linee ad alta tensione e bassa resistenza. La rete europea è costituita principalmente da circuiti di trasmissione più brevi, che sono meno vulnerabili ai danni.

Le correnti (quasi dirette) indotte in queste linee dalle tempeste geomagnetiche sono dannose per le apparecchiature di trasmissione elettrica, in particolare i trasformatori, inducendo la saturazione del nucleo, limitando le loro prestazioni (così come l’intervento di vari dispositivi di sicurezza), e causando il riscaldamento di bobine e nuclei. In casi estremi, questo calore può disabilitarli o distruggerli, inducendo anche una reazione a catena che può sovraccaricare i trasformatori. La maggior parte dei generatori sono collegati alla rete tramite trasformatori, isolandoli dalle correnti indotte sulla rete, rendendoli molto meno suscettibili ai danni dovuti alla corrente indotta geomagneticamente. Tuttavia, un trasformatore sottoposto a questo si comporterà come un carico sbilanciato verso il generatore, causando una corrente di sequenza negativa nello statore e di conseguenza il riscaldamento del rotore.

Secondo uno studio della Metatech corporation, una tempesta con una forza paragonabile a quella del 1921 distruggerebbe più di 300 trasformatori e lascerebbe oltre 130 milioni di persone senza corrente negli Stati Uniti, con un costo di diverse migliaia di miliardi di dollari. L’estensione della perturbazione è discussa, con alcune testimonianze del Congresso che indicano un’interruzione potenzialmente indefinita fino a quando i trasformatori non potranno essere sostituiti o riparati. Queste previsioni sono contraddette da un rapporto della North American Electric Reliability Corporation che conclude che una tempesta geomagnetica causerebbe un’instabilità temporanea della rete ma nessuna distruzione diffusa dei trasformatori ad alta tensione. Il rapporto sottolinea che l’ampiamente citato collasso della rete del Quebec non è stato causato dal surriscaldamento dei trasformatori ma dall’intervento quasi simultaneo di sette relè.

Oltre ai trasformatori vulnerabili agli effetti di una tempesta geomagnetica, le compagnie elettriche possono anche essere colpite indirettamente dalla tempesta geomagnetica. Per esempio, i fornitori di servizi internet possono andare giù durante le tempeste geomagnetiche (e/o rimanere non operativi molto tempo dopo). Le compagnie elettriche possono avere attrezzature che richiedono una connessione internet funzionante per funzionare, quindi durante il periodo in cui il fornitore di servizi internet è fuori uso, anche l’elettricità potrebbe non essere distribuita.

Ricevendo gli avvisi e gli avvisi di tempesta geomagnetica (per esempio dal Centro di Previsione Meteorologica Spaziale; attraverso i satelliti meteorologici spaziali come SOHO o ACE), le compagnie elettriche possono minimizzare i danni alle attrezzature di trasmissione dell’energia, scollegando momentaneamente i trasformatori o inducendo blackout temporanei. Esistono anche misure preventive, compresa la prevenzione dell’afflusso di GICs nella rete attraverso la connessione neutro-terra.

Comunicazioni

I sistemi di comunicazione ad alta frequenza (3-30 MHz) usano la ionosfera per riflettere i segnali radio su lunghe distanze. Le tempeste ionosferiche possono influenzare le comunicazioni radio a tutte le latitudini. Alcune frequenze vengono assorbite e altre vengono riflesse, portando a segnali rapidamente fluttuanti e a percorsi di propagazione inaspettati. Le stazioni radio televisive e commerciali sono poco influenzate dall’attività solare, ma le trasmissioni terra-aria, nave-terra, onde corte e i radioamatori (soprattutto le bande sotto i 30 MHz) sono spesso interrotte. Gli operatori radio che usano le bande HF si affidano agli allarmi solari e geomagnetici per mantenere i loro circuiti di comunicazione attivi e funzionanti.

Anche i sistemi militari di rilevamento o di allarme rapido che operano nella gamma delle alte frequenze sono influenzati dall’attività solare. Il radar over-the-horizon fa rimbalzare i segnali sulla ionosfera per monitorare il lancio di aerei e missili da lunghe distanze. Durante le tempeste geomagnetiche, questo sistema può essere gravemente ostacolato dal disturbo radio. Anche alcuni sistemi di rilevamento dei sottomarini usano le firme magnetiche dei sottomarini come un input per i loro schemi di localizzazione. Le tempeste geomagnetiche possono mascherare e distorcere questi segnali.

La Federal Aviation Administration riceve regolarmente avvisi di esplosioni radio solari in modo da poter riconoscere i problemi di comunicazione ed evitare una manutenzione non necessaria. Quando un aereo e una stazione di terra sono allineati con il Sole, possono verificarsi alti livelli di rumore sulle frequenze radio di controllo aereo. Questo può accadere anche sulle comunicazioni satellitari UHF e SHF, quando una stazione terrestre, un satellite e il Sole sono allineati. Al fine di prevenire la manutenzione non necessaria sui sistemi di comunicazione satellitare a bordo degli aerei, AirSatOne fornisce un feed live per gli eventi geofisici dal Centro di Previsione del Meteo Spaziale del NOAA. Il live feed di AirSatOne permette agli utenti di visualizzare le tempeste spaziali osservate e previste. Gli avvisi geofisici sono importanti per gli equipaggi di volo e il personale di manutenzione per determinare se qualsiasi attività o storia imminente ha o avrà un effetto sulle comunicazioni satellitari, la navigazione GPS e le comunicazioni HF.

Le linee del telegrafo in passato erano influenzate dalle tempeste geomagnetiche. I telegrafi usavano un unico lungo filo per la linea dati, che si estendeva per molte miglia, usando la terra come filo di ritorno e alimentato con corrente continua da una batteria; questo li rendeva (insieme alle linee elettriche menzionate sotto) suscettibili di essere influenzati dalle fluttuazioni causate dalla corrente d’anello. La tensione/corrente indotta dalla tempesta geomagnetica avrebbe potuto diminuire il segnale, se sottratta dalla polarità della batteria, o portare a segnali troppo forti e spuri se aggiunta ad essa; alcuni operatori impararono a scollegare la batteria e fare affidamento sulla corrente indotta come fonte di alimentazione. In casi estremi la corrente indotta era così alta che le bobine sul lato di ricezione scoppiavano in fiamme, o gli operatori ricevevano scosse elettriche. Le tempeste geomagnetiche colpiscono anche le linee telefoniche a lungo raggio, compresi i cavi sottomarini, a meno che non siano in fibra ottica.

I danni ai satelliti di comunicazione possono interrompere i collegamenti non terrestri di telefono, televisione, radio e Internet. La National Academy of Sciences ha riferito nel 2008 sui possibili scenari di perturbazione diffusa nel picco solare del 2012-2013.

Sistemi di navigazioneModifica

Il sistema globale di navigazione satellitare (GNSS), e altri sistemi di navigazione come LORAN e l’ormai defunto OMEGA sono influenzati negativamente quando l’attività solare interrompe la loro propagazione del segnale. Il sistema OMEGA consisteva in otto trasmettitori situati in tutto il mondo. Gli aerei e le navi usavano i segnali a bassissima frequenza di questi trasmettitori per determinare le loro posizioni. Durante gli eventi solari e le tempeste geomagnetiche, il sistema forniva ai navigatori informazioni imprecise anche di diverse miglia. Se i navigatori fossero stati avvisati che era in corso un evento protonico o una tempesta geomagnetica, avrebbero potuto passare a un sistema di riserva.

I segnaliGNSS sono influenzati quando l’attività solare causa improvvise variazioni nella densità della ionosfera, facendo scintillare i segnali del satellite (come una stella che brilla). La scintillazione dei segnali satellitari durante le perturbazioni ionosferiche viene studiata all’HAARP durante gli esperimenti di modifica della ionosfera. È stata anche studiata all’Osservatorio Radio di Jicamarca.

Una tecnologia usata per permettere ai ricevitori GPS di continuare a funzionare in presenza di alcuni segnali confusi è il Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM). Tuttavia, RAIM si basa sul presupposto che la maggior parte della costellazione GPS stia funzionando correttamente, e quindi è molto meno utile quando l’intera costellazione è perturbata da influenze globali come le tempeste geomagnetiche. Anche se RAIM rileva una perdita di integrità in questi casi, potrebbe non essere in grado di fornire un segnale utile e affidabile.

Danni all’hardware del satelliteModifica

Le tempeste geomagnetiche e l’aumento dell’emissione ultravioletta solare riscaldano l’atmosfera superiore della Terra, causandone l’espansione. L’aria riscaldata sale, e la densità all’orbita dei satelliti fino a circa 1.000 km (621 mi) aumenta significativamente. Questo si traduce in un aumento della resistenza, causando ai satelliti di rallentare e cambiare leggermente orbita. I satelliti in orbita terrestre bassa che non vengono ripetutamente spinti verso orbite più alte cadono lentamente e alla fine bruciano.

La distruzione di Skylab nel 1979 è un esempio di un veicolo spaziale che rientra prematuramente nell’atmosfera terrestre come risultato di un’attività solare superiore al previsto. Durante la grande tempesta geomagnetica del marzo 1989, quattro dei satelliti di navigazione della Marina dovettero essere messi fuori servizio fino a una settimana, lo U.S. Space Command dovette pubblicare nuovi elementi orbitali per oltre 1000 oggetti colpiti e il satellite Solar Maximum Mission cadde dall’orbita nel dicembre dello stesso anno.

La vulnerabilità dei satelliti dipende anche dalla loro posizione. L’Anomalia del Sud Atlantico è un luogo pericoloso per il passaggio di un satellite.

Come la tecnologia ha permesso ai componenti dei veicoli spaziali di diventare più piccoli, i loro sistemi miniaturizzati sono diventati sempre più vulnerabili alle particelle solari più energetiche. Queste particelle possono danneggiare fisicamente i microchip e possono cambiare i comandi software nei computer a bordo dei satelliti.

Un altro problema per gli operatori satellitari è la carica differenziale. Durante le tempeste geomagnetiche, il numero e l’energia degli elettroni e degli ioni aumentano. Quando un satellite viaggia attraverso questo ambiente eccitato, le particelle cariche che colpiscono il veicolo spaziale caricano in modo differenziato porzioni del veicolo spaziale. Le scariche possono attraversare ad arco i componenti del veicolo spaziale, danneggiandoli ed eventualmente disabilitandoli.

La carica di massa (chiamata anche carica profonda) si verifica quando le particelle energetiche, principalmente gli elettroni, penetrano il rivestimento esterno di un satellite e depositano la loro carica nelle sue parti interne. Se una carica sufficiente si accumula in un qualsiasi componente, questo può tentare di neutralizzarsi scaricandosi su altri componenti. Questa scarica è potenzialmente pericolosa per i sistemi elettronici del satellite.

GeofisicaModifica

Il campo magnetico della Terra è usato dai geofisici per determinare le strutture rocciose sotterranee. Per la maggior parte, questi rilevatori geodetici sono alla ricerca di petrolio, gas o depositi minerari. Possono farlo solo quando il campo terrestre è tranquillo, in modo che le vere firme magnetiche possano essere rilevate. Altri geofisici preferiscono lavorare durante le tempeste geomagnetiche, quando forti variazioni nelle normali correnti elettriche del sottosuolo della Terra permettono loro di percepire strutture petrolifere o minerali nel sottosuolo. Questa tecnica è chiamata magnetotellurica. Per queste ragioni, molti topografi usano allarmi e previsioni geomagnetiche per programmare le loro attività di mappatura.

PipelinesEdit

Campi geomagnetici rapidamente fluttuanti possono produrre correnti geomagnetiche indotte negli oleodotti. Questo può causare molteplici problemi per gli ingegneri delle condutture. I misuratori di flusso delle condutture possono trasmettere informazioni errate sul flusso e il tasso di corrosione della conduttura può essere drammaticamente aumentato.

Rischi di radiazione per gli esseri umaniModifica

L’atmosfera terrestre e la magnetosfera permettono una protezione adeguata a livello del suolo, ma gli astronauti sono soggetti ad avvelenamento da radiazioni potenzialmente letali. La penetrazione di particelle ad alta energia nelle cellule viventi può causare danni cromosomici, cancro e altri problemi di salute. Grandi dosi possono essere immediatamente fatali. I protoni solari con energie superiori a 30 MeV sono particolarmente pericolosi.

Gli eventi di protoni solari possono anche produrre radiazioni elevate a bordo di aerei che volano ad alta quota. Anche se questi rischi sono piccoli, gli equipaggi di volo possono essere esposti ripetutamente, e il monitoraggio degli eventi di protoni solari tramite strumentazione satellitare permette di monitorare e valutare l’esposizione, ed eventualmente di regolare le traiettorie di volo e le altitudini per abbassare la dose assorbita.

Effetti sugli animaliModifica

Gli scienziati stanno ancora studiando se gli animali sono colpiti o meno, alcuni suggeriscono che le tempeste solari inducono le balene a spiaggiarsi. Alcuni hanno ipotizzato che anche gli animali migratori che usano la magnetorecezione per navigare, come gli uccelli e le api, potrebbero essere colpiti.