Alcune migliorie apportate alla meteorologia spaziale proteggono le infrastrutture vitali
Il progetto PROGRESS di Orizzonte 2020, finanziato dall’UE, ha utilizzato dati provenienti sia da sonde spaziali che dalla terra combinati con metodologie di assimilazione dei dati d’avanguardia per sviluppare previsioni accurate e affidabili di meteorologia spaziale. L’obiettivo è una previsione accurata degli eventi meteorologici spaziali in termini di occorrenza e gravità. I ricercatori hanno sviluppato con successo una serie di strumenti di previsione e di preparazione di previsioni per la meteorologia spaziale europea. Questi strumenti collegano tutti gli aspetti della meteorologia spaziale dalle loro origini sulla superficie solare a come possano influenzare l’ambiente terrestre e la nostra moderna infrastruttura tecnologica. «Abbiamo sfruttato le nostre competenze combinate per creare un set completo di strumenti di previsione, combinando tecniche di modellazione basate sui dati con miglioramenti a modelli basati sulla fisica d’avanguardia», afferma il coordinatore del progetto, il prof. Robertus von Fay-Siebenbürgen. Nuovi modelli I partner di PROGRESS hanno creato un modello europeo basato sulla magnetoidrodinamica numerica (MHD) accoppiando due modelli individuali per consentire una previsione avanzata dei parametri del vento solare. «Il primo, AWSoM, analizza il campo magnetico sulla superficie solare, utilizzandolo per simulare l’atmosfera solare fino a 25 raggi solari. Da questo punto in poi, il secondo modello SWIFT propaga questi venti solari a 1,5 milioni di chilometri a monte della Terra», spiega il prof. von Fay-Siebenbürgen. La dinamica delle particelle nelle cinture di radiazione dipende dalla loro interazione con le onde del plasma. Gli scienziati di PROGRESS hanno costruito una nuova serie di modelli statistici di onde per riflettere accuratamente l’accelerazione e le perdite di particelle all’interno della regione terrestre della cintura di radiazione. I pericoli meteorologici spaziali influenzano fortemente il livello di attività geomagnetica. PROGRESS ha sviluppato nuovi modelli per prevedere questa attività utilizzando diversi approcci basati su reti neurali e NARMAX. PROGRESS ha altresì sviluppato una serie di modelli (SNB3GEO) per prevedere i flussi di elettroni incontrati dai satelliti in orbita geostazionaria. Questi modelli hanno dimostrato di funzionare meglio degli strumenti attualmente disponibili. Per studiare l’ambiente elettronico della magnetosfera interna, PROGRESS si avvale di due modelli. Il modello IMPTAM (Inner Magnetospheric Particle Transport and Acceleration Model) riguarda gli elettroni a bassa energia e il modello VERB (Versatile Electron Radiation Belt) riguarda elettroni ad alta energia. I ricercatori del progetto hanno apportato miglioramenti significativi al modo in cui l’IMPTAM descrive la dinamica elettronica nella magnetosfera interna. Inoltre, il modello di preparazione delle previsioni è stato modificato per fornire previsioni sull’evoluzione dell’ambiente elettronico a bassa energia. Inoltre, PROGRESS ha consentito lo sviluppo di una nuova versione migliorata di VERB, VERB-3D, che ora fornisce una previsione anticipata di due giorni assimilativa dei dati per l’ambiente elettronico ad alta energia. PROGRESS ha inoltre eseguito studi separati per associare VERB con IMPTAM e SNB3GEO al fine di migliorare ulteriormente le previsioni VERB. Benefici sia per la scienza che per l’industria PROGRESS andrà a beneficio degli scienziati che lavorano nel campo della meteorologia spaziale e della fisica spaziale in generale. Il prof. von Fay-Siebenbürgen commenta: «I nuovi modelli sviluppati dal consorzio si basano sulla nostra migliore comprensione della dinamica delle cinture di irradiazione. I risultati sono importanti per la comunità scientifica in quanto forniscono nuovi indizi sui processi fisici dei plasma nell’ambiente vicino alla Terra». Anche l’industria ne trarrà profitto dal momento che le condizioni meteorologiche spaziali possono alterare gravemente attività quali le operazioni via satellite, le comunicazioni e l’aviazione. Ciò sarà utile anche per le compagnie elettriche che riceveranno avvertenze preventive sulle tempeste geomagnetiche che potrebbero danneggiare le loro reti elettriche. «Tutti questi settori possono trarre beneficio da puntuali avvisi di potenziali pericoli meteorologici spaziali e quindi adottare misure per mitigarne gli effetti sulla nostra infrastruttura tecnologica», conclude il prof. von Fay-Siebenbürgen.
Parole chiave
PROGRESS, spazio, modello, meteo, elettrone, cintura di radiazione, vento solare, modello di trasporto e accelerazione delle particelle magnetiche interne (IMPTAM), magnetoidrodinamica