L’ESA sta progettando il primo osservatorio meteorologico spaziale dedicato alla Terra per avvertire quando sono in arrivo turbolenze potenzialmente dannose dalla nostra stella madre. Come un arbitro in una partita di sport, la navicella di Lagrange sarà in grado di osservare sia il Sole che la Terra e lo spazio intermedio, ma si troverà nella linea di fuoco meteorologica spaziale.
“Questa sarà una missione operativa piuttosto che una missione scientifica, nel senso che deve continuare a funzionare perché le persone dipenderanno da essa”, spiega Piers Jiggens, esperto di ambiente spaziale dell’ESA.
“Sulla Terra non sarebbe accettabile avere un’infrastruttura di previsione del tempo che smette di funzionare quando arriverà un uragano, perché la copertura andrebbe persa nel momento in cui un evento meteorologico estremo influisce maggiormente sulle nostre vite.
“Nello spazio sarà lo stesso – così noi della sezione Spazio ed effetti spaziali dell’ESA abbiamo lavorato a stretto contatto con l’ufficio meteorologico spaziale dell’Agenzia, che supervisionava la missione di Lagrange, per diversi anni. Il nostro obiettivo è un design ottimizzato che sopporti le tempeste di radiazioni associate agli eventi meteorologici spaziali in modo efficiente ma efficace.”
Le espulsioni di massa coronale
Allo stesso modo in cui il calore del Sole guida il tempo sulla Terra, l’attività solare è responsabile dei disturbi nel nostro ambiente spaziale, chiamato “tempo atmosferico”. Oltre a emettere un flusso continuo di particelle cariche, noto come vento solare, il Sole a volte produce eruzioni, chiamate “espulsioni di massa coronale” (CME). Fenomeni in cui vengono espulsi miliardi di tonnellate di materiale legate da campi magnetici, spesso in volumi più grandi della Terra.
Se queste nuvole di particelle raggiungono il nostro pianeta, possono interferire con il campo magnetico terrestre e l’atmosfera superiore, disturbando i satelliti in orbita e le infrastrutture elettriche e di comunicazione, causando potenzialmente danni per miliardi di euro.
L’osservatore solare di oggi, la sonda spaziale SOHO di ESA-NASA si trova a 1,5 milioni di km di distanza al punto di Lagrange L1, su una linea retta tra la Terra e il Sole, quindi vede le espulsioni di massa coronale in arrivo.
La missione Lagrange
Al contrario, la missione Lagrange sarà collocata molto più lontano dalla Terra, cento volte più lontano di SOHO a 150 milioni di km di distanza, nel terzo punto di un triangolo equilatero formato con la Terra e il Sole.
Lagrange prende il suo nome dalle posizioni gravitazionalmente stabili nel sistema Sole-Terra, a una delle quali orbiterà intorno, il quinto punto Terra-Sole Lagrange (L5). Questi sono stati nominati collettivamente come il matematico italiano che per primo teorizzò l’esistenza di questi punti stabili nello spazio.
Sedendosi in questo punto equidistante dalla Terra e dal Sole, Lagrange sarà in grado di identificare i segmenti tempestosi della superficie del Sole prima di ruotare attorno alla Terra, e quindi tracciare le nuvole di espulsioni coronali mentre si dirigono verso di noi.
“Solo perché la navicella spaziale non è allineata con la Terra e il Sole non significa che non sarà influenzata dagli eventi meteorologici spaziali che monitorerà”, aggiunge Piers. “Questo perché il campo magnetico solare, che segue le particelle ad alta energia, è curvato a causa della rotazione del Sole, un fenomeno noto come “spirale di Parker”.
“Ciò significa che le particelle caricate più velocemente da un evento espulsivo raggiungeranno Lagrange in pochi minuti dopo un’eruzione, causando potenzialmente effetti negativi alla navicella proprio nel punto in cui è più necessario per risolvere la direzione e la velocità del materiale diretto verso la Terra, lavorando su una scala temporale di ore.
“Spesso puoi vedere alcuni di questi effetti sulle immagini SOHO delle CME: ciò che sembra neve è in realtà particelle cariche che attivano i rilevatori. Inoltre, le radiazioni possono causare bit flip della memoria integrata. ”
Componenti elettronici temprati e schermati
Come è già stato fatto, la navicella spaziale stessa sarà costruita con componenti elettronici temprati accuratamente schermati. I suoi sistemi di bordo saranno dotati di sistemi di rilevamento e correzione dei guasti per identificare e correggere i bit-flip o altre anomalie. Per la missione Lagrange, l’ESA e i suoi partner industriali stanno studiando come rendere ancora più robusti questi sistemi.
“Per la missione L5, il veicolo spaziale deve essere più intelligente di altri, e dovrà avere un rilevamento intelligente dei guasti, una strategia di isolamento e di recupero”, osserva Stefan Kraft, sovrintendendo alla missione.
“Quando altre missioni si nascondono ed entrano in modalità sleep, dovremo affrontare la tempesta e rimanere svegli per rimanere sempre in servizio.”
Sul lato dell’imaging, le particelle compromettono la visione della strumentazione altamente sensibile della missione. I sistemi di bordo automatizzati applicheranno l’intelligenza artificiale per identificare e rimuovere i falsi pixel su una base fotogramma per fotogramma.
Il tempo di esposizione dell’immagine ridotto è una possibile soluzione per ridurre il numero di “colpi” delle radiazioni. Inoltre, è possibile aggiungere ulteriori protezioni in alluminio attorno ai rilevatori, per evitare che le particelle cariche possano colpirle lateralmente.
Come spiega Juha-Pekka Luntama dell’ufficio meteorologico spaziale dell’ESA: “Le misure di Lagrange devono essere chiare in tempo reale, in modo che possano essere inserite nei modelli meteorologici spaziali e consentire ai meteorologi di prevedere i possibili impatti”.
La missione di Lagrange è attualmente in fase di sviluppo attraverso studi industriali paralleli, da presentare ai ministri dello spazio europei presso Space19 + alla fine di quest’anno. Se approvato, verrà lanciato entro il 2025.
La US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) sta progettando un osservatorio solare a L1 con un lancio mirato nel 2024. Questa missione fornirebbe dati che completano le osservazioni di L5. Le due missioni insieme formerebbero un sistema di osservazione combinato, offrendo una visione stereosopica degli eventi meteorologici spaziali man mano che si verificano.
Guarda il video che illustra la missione
