PROGETTO COFINANZIATO DALL’UNIONE EUROPEA – HORIZON 2020

FONDO PER LA CRESCITA SOSTENIBILE

BANDO “PROGETTI DI RICERCA E SVILUPPO NEGLI AMBITI TECNOLOGICI IDENTIFICATI DAL

PROGRAMMA QUADRO COMUNITARIO HORIZON 2020”, D.M. 20 GIUGNO 2013

“Realizzazione di un telescopio robotico per il monitoraggio dell’attività solare”

POSIZIONE n. 209, C.U.P. B18C15000250008

SAMM: SOLAR ACTIVITY MOF MONITOR
The European Space Weather project (Horizon 2020)

L’ultimo, ma più importante passo è stato fatto nell’area scientifica.

Ds Group è ora coinvolta, con la collaborazione di INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica), nel “European Space Weather project (Horizon 2020)”. L’obiettivo del progetto è la progettazione e la produzione di un sistema di monitoraggio del campo magnetico solare per prevenire il rischio di un bagliore solare che può danneggiare / distruggere la tecnologia umana come satelliti, sistemi GPS, centrali nucleari e termiche.

SAMM è un telescopio binoculare a distanza dotato di due strumenti basati sui Filtri Magnetici Ottici a banda stretta (MOF), con l’obiettivo di ottenere immagini da diversi strati dell’atmosfera del sole ad alta cadenza temporale (20 sec) e una risoluzione di 1000Km.

SAMM può produrre simultaneamente immagini fornendo una mappa “in tempo reale” dei campi magnetici e dell’evoluzione del plasma nelle regioni attive del sole in grado di produrre potenti “tempeste solari” che causano gravi danni a molte infrastrutture sulla Terra. Una rete di telescopi SAMM può fornire uno strumento davvero unico per prevedere questi eventi di disturbo in un quadro di mitigazione del rischio.

Space weather

Secondo l’Organizzazione Meteorologica Mondiale: “Lo Space weather comprende le condizioni e i processi che si verificano nello spazio, inclusi il sole, la magnetosfera, la ionosfera e la termosfera, che hanno il potenziale per influenzare l’ambiente vicino alla Terra”.

Il Sole è il principale motore dello space weather che causa sostanziali danni socioeconomici sulla Terra con “tempeste solari”, ovvero eventi causati da esplosioni sulla superficie del Sole, causate da instabilità di campi magnetici nell’atmosfera. Una “tempesta solare” comprende in realtà tre diversi componenti: brillamenti solari, particelle energetiche solari (in particolare protoni) ed Espulsioni di Massa Coronale (CME). Una grande tempesta solare produrrebbe tutti e tre le componenti.

Questi fenomeni fisici sulla Terra possono avere un impatto sulle attività e sulla tecnologia umana. Man mano che la nostra società diventa sempre più dipendente dalle infrastrutture tecnologiche, l’impatto dei gravi eventi meteorologici spaziali diventa sempre più drammatico. Ciò include sia gli effetti diretti su specifici settori industriali, come l’energia elettrica, i veicoli spaziali e le industrie aeronautiche, sia gli effetti indiretti su infrastrutture e servizi dipendenti, come i sistemi di posizionamento e navigazione, reti elettriche, gasdotti e oleodotti.

Ad esempio, una grave CME ha il potenziale di generare Correnti Indotte Geomagneticamente (GIC) che potrebbero causare danni permanenti ai trasformatori ad Altissima Tensione (EHV). Tali risorse di alto valore non sono facili da procurare e sostituire a breve termine. Il fallimento di queste risorse critiche potrebbe causare problemi di instabilità a livello di sistema e portare a guasti a cascata nel sistema elettrico, trasmessi ad altre infrastrutture interdipendenti critiche come i trasporti, le comunicazioni digitali e i nostri sistemi vitali di sanità pubblica. Questa interruzione potrebbe anche causare notevoli interruzioni delle attività commerciali.

La più grande tempesta mai registrata è avvenuta nel 1859 (“evento Carrington”). A quel tempo i sistemi di telegrafia in tutta Europa e Nord America fallirono, in alcuni casi dando scosse elettriche agli operatori del telegrafo. Tempeste meno gravi si sono verificate nel 1921 e nel 1960, quando furono segnalate diffuse interruzioni radio. La tempesta geomagnetica del marzo 1989 ha lasciato senza energia vaste zone del Quebec. Le variazioni del campo magnetico terrestre hanno fatto scattare in pochi minuti gli interruttori automatici sulla rete elettrica di Hydro-Québec. L’interruzione di corrente è durata nove ore. Inoltre, molti satelliti sono stati danneggiati durante la “Tempesta di Halloween” del 2003 e, fortunatamente, la Superstorm del 2012 ha mancato la Terra per una sola settimana. Gli effetti sarebbero stati devastanti. Se una gigantesca tempesta solare come quella del 2012 colpisse la Terra, gran parte di la società potrebbe rimanere senza energia per mesi o anni.

Più recentemente, tra il 4 e il 10 settembre 2017 si sono verificate molteplici eruzioni solari, interrompendo le comunicazioni radio HF utilizzate dai gestori delle emergenze durante la stagione degli uragani nei Caraibi. Un bagliore ha causato un blackout quasi totale nel collegamento radio HF utilizzato sia nella risposta alle catastrofi che nel monitoraggio dell’aviazione.

Nel 2013 il rapporto di valutazione delle minacce dell’assicurazione di Lloyd ha concluso che eventi meteorologici spaziali estremi avrebbero causato danni per $ 2,6 trilioni (10 volte quello degli uragani e dei terremoti più distruttivi) e ci sarebbero voluti tra 4 e 10 anni per riprendersi completamente. Recentemente, esaminando l’interruzione della catena di approvvigionamento globale, Eastwood et al. [2017] ha stimato una perdita economica totale simile fino a $ 2,7 trilioni.

Tuttavia, a parte la (super) tempesta, lo space weather “nominale” provoca una perdita economica di 10 miliardi di € / anno.

Di conseguenza, programmi e infrastrutture sono stati costruiti in tutto il mondo con l’obiettivo di prevedere l’attività solare e prevederne il potenziale impatto sulla Terra e sulle sue vicinanze dello spazio (noto come geospazio). La previsione dell’attività del brillamento solare è particolarmente impegnativa. È ancora più difficile prevederne l’impatto sulla Terra, sugli altri pianeti del sistema solare e su satelliti naturali o artificiali. Tuttavia, la previsione è ciò di cui abbiamo bisogno per mitigare questi effetti negativi, in quanto non possono essere progettati in modo proattivo.

I sistemi di previsione odierni, tuttavia, sono basati su modelli (semi) empirici che sono soggetti a gravi carenze o devono fare affidamento su dati di osservazione solare intrinsecamente incompleti.

SAMM

SAMM è un progetto in corso presso l’Osservatorio Astronomico di Roma (uno degli Osservatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica) in collaborazione con un’industria delle PMI (Gruppo AVALON-DG) e finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico italiano (MiSE) nel 2015.

Un’unità SAMM è composta da una montatura robotizzata ALT-AZ ciascuno ospitante due Assemblaggi di Telescopi Ottici (OTA) sui due lati e due unità elettro-ottiche (EOU) contenenti i filtri MOF. Un OTA è composto da un telescopio da 9,25 pollici personalizzato per le osservazioni solari che alimentano il gruppo MOF. Una fotocamera a lettura rapida fornisce immagini alla lunghezza d’onda dei filtri MOF. Gli OTA, sviluppati per SAMM, possono essere implementati con uno stabilizzatore d’immagine per ridurre al minimo l’effetto della visione diurna e delle vibrazioni del telescopio. Ogni telescopio può essere installato in una cupola controllata a distanza progettata per le osservazioni diurne.

SAMM produce magnetogrammi (immagini dell’intensità del campo magnetico LoS) e dopplergrammi (immagini del campo di velocità LoS) simultaneamente a due altezze nell’atmosfera solare. Utilizza, inoltre, quattro MOF e filtri a banda stretta molto singolari che offrono un’elevata produttività e stabilità spettrale.

Con una rete di telescopi SAMM e la fusione del nostro gruppo che è in testa nel campo della produzione di strumenti con i team di ricerca di fisica solare e spaziale, saremo in grado di contribuire a sviluppare un nuovo modello di previsione dando un salto unico per mitigare i fenomeni meteorologici spaziali avversi .

Fig. 4 Control software of the SAMM prototype.