Un sistema sviluppato per la NASA combina osservazioni del Sole quasi in tempo reale per riconoscere un brillamento nei suoi primi minuti, localizzarlo e stimare quanto potrebbe durare. Nel 2024 ha permesso di lanciare due razzi sonda mentre l’evento era ancora in corso.
Un brillamento solare può durare decine di minuti, mentre un razzo impiega alcuni minuti per raggiungere una quota dalla quale i suoi strumenti possano osservare il Sole. Se il lancio avviene troppo tardi, quando il telescopio comincia a raccogliere dati il fenomeno potrebbe essere già terminato.
È un po’ come cercare di fotografare un fulmine con una macchina fotografica che richiede diversi minuti per essere preparata: sapere che è in corso un temporale non basta. Bisogna capire rapidamente dove guardare e se l’attività durerà abbastanza.
Per affrontare questo problema, un gruppo di ricerca guidato dal Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, negli Stati Uniti, ha sviluppato un sistema che segue le prime fasi di un brillamento e trasforma i dati disponibili in indicazioni utili per decidere se lanciare un razzo.
Il lavoro, realizzato con il contributo di numerosi enti, fra cui l’Università del Minnesota, l’Università della California a Berkeley, il Marshall Space Flight Center della NASA e lo Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, è stato pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal.
Cinque minuti per osservare il Sole
Un brillamento solare è un’improvvisa liberazione di energia nell’atmosfera del Sole. In una regione magneticamente attiva, parte dell’energia accumulata nel campo magnetico viene trasferita al plasma, cioè alla materia formata da particelle elettricamente cariche. Il risultato è un rapido aumento della radiazione emessa a diverse lunghezze d’onda, in particolare nell’ultravioletto e nei raggi X.
Osservare un brillamento a diverse lunghezze d’onda permette di studiare fenomeni differenti e collegati fra loro. Le emissioni radio, per esempio, possono essere osservate anche da strumenti a terra nelle bande alle quali l’atmosfera è trasparente. Gran parte dei raggi X e dell’ultravioletto estremo viene invece assorbita dall’atmosfera: per misurarla occorre collocare gli strumenti nello Spazio oppure portarli temporaneamente al di sopra degli strati atmosferici che la bloccano.
A questo servono i razzi sonda. Si tratta di veicoli suborbitali: partono da terra e salgono quasi verticalmente nello Spazio, ma non acquistano la velocità orizzontale necessaria per entrare in orbita. Dopo avere raggiunto la parte più alta della traiettoria, ricadono sulla Terra e il carico scientifico può essere recuperato.
Il sistema di allerta è stato sviluppato per la prima campagna della NASA dedicata al lancio di razzi sonda durante un brillamento solare. Nell’aprile 2024, dalla base di Poker Flat in Alaska, partirono a un minuto di distanza due esperimenti: FOXSI-4 (Focusing Optics X-ray Solar Imager) dell’Università del Minnesota, per osservare il brillamento nei raggi X, e Hi-C Flare (High-resolution Coronal Imager) del Marshall Space Flight Center della NASA, per riprendere una regione della corona solare nell’ultravioletto estremo. I due telescopi avrebbero così studiato lo stesso evento in bande differenti.
Dopo il lancio erano necessari alcuni minuti per raggiungere la quota utile, stabilizzare il razzo e aprire lo sportello che proteggeva il telescopio. Restavano circa cinque minuti per raccogliere i dati. In questo breve intervallo gli strumenti potevano però acquisire numerose misure in rapida successione: Hi-C Flare, per esempio, ha ottenuto più di 250 immagini, separate da circa 1,3 secondi, seguendo cambiamenti molto rapidi nella corona durante il brillamento.
Guarda il lancio del razzo sonda Hi-C Flare dall’Alaska durante un brillamento solare di classe M. Un minuto prima era partito FOXSI-4, diretto a osservare lo stesso evento. Crediti: NASA/Lee Wingfield.
Chiaramente i razzi sonda non sostituiscono gli osservatori già in orbita, che possono sorvegliare il Sole continuamente. Permettono però di provare nello Spazio strumenti sperimentali dotati di capacità non ancora disponibili sui satelliti operativi, senza dover costruire un’intera missione orbitale. Il carico viene inoltre recuperato e può essere esaminato, modificato e utilizzato nuovamente.
Le due modalità di osservazione sono quindi complementari: i satelliti seguono l’evoluzione generale del Sole e forniscono il contesto, mentre i razzi studiano per pochi minuti un singolo evento con strumenti particolarmente specializzati.
Proprio perché il tempo a disposizione è breve, il lancio deve essere effettuato quando il brillamento è già cominciato, ma ha ancora buone probabilità di proseguire. Una previsione che indica la possibilità di un brillamento nelle successive 24 ore è troppo generica per prendere una decisione nell’arco di pochi minuti, d’altronde un allarme emesso soltanto quando l’emissione ha già raggiunto valori elevati potrebbe invece arrivare troppo tardi.
Il sistema presentato nello studio cerca di colmare questa distanza. Non stabilisce con largo anticipo il momento esatto in cui nascerà un brillamento, ma ne interpreta i primi segnali per fornire una previsione a brevissimo termine, chiamata anche nowcast.
Per farlo utilizza dati quasi in tempo reale provenienti da osservatori spaziali e terrestri. Fra questi ci sono i satelliti GOES, acronimo di Geostationary Operational Environmental Satellites, e il Solar Dynamics Observatory della NASA. Le misure permettono di seguire l’aumento dell’emissione nei raggi X e nell’ultravioletto, localizzare il brillamento sul disco solare e valutarne l’evoluzione iniziale.
La prova sul campo
Il sistema combina diversi tipi di informazione. Segue l’intensità dei raggi X emessi dal brillamento e la rapidità con cui cresce, confrontando questi valori con criteri ricavati dall’analisi di migliaia di eventi osservati in passato. A queste misure aggiunge una stima della durata residua e la posizione sul disco solare, fornendo al gruppo responsabile del lancio un quadro aggiornato per valutare se il brillamento possa essere osservato dai razzi.
Nell’aprile 2024 i gruppi di FOXSI-4 e Hi-C Flare trascorsero due settimane preparando gli strumenti e sorvegliando ogni giorno il Sole per alcune ore. Il 17 aprile il sistema segnalò un brillamento sufficientemente intenso e duraturo. Valutate le indicazioni, i responsabili decisero di procedere.
FOXSI-4 partì alle 14:13 locali dal Poker Flat Research Range; Hi-C Flare lo seguì un minuto dopo. I due razzi raggiunsero circa 271 chilometri di quota e osservarono lo stesso brillamento (potenza di classe M) rispettivamente nei raggi X e nell’ultravioletto estremo.
Il risultato mostra che dati provenienti da strumenti differenti possono essere elaborati abbastanza rapidamente da sostenere una decisione operativa presa in pochi minuti. Il sistema si colloca così fra le previsioni che indicano con ore di anticipo la probabilità di un brillamento e gli avvisi emessi quando l’evento ha già raggiunto un’intensità elevata.
Il carico di FOXSI-4 è stato poi recuperato e parte della strumentazione preparata per un nuovo volo. Una versione ampliata del sistema di allerta è stata utilizzata nel maggio 2026 per il lancio di FOXSI-5, che durante il volo ha osservato tre piccoli brillamenti.
Guarda la postazione utilizzata in Alaska: più strumenti riunivano dati in tempo reale per localizzare il brillamento, seguirne l’evoluzione e valutare il momento del lancio. Crediti: Vievering et al. The Astrophysical Journal (2026).
Il lavoro non dimostra ancora che il sistema funzioni con la stessa affidabilità per brillamenti di intensità, durata ed evoluzione differenti. Le prestazioni dipendono inoltre dalla disponibilità e dalla rapidità dei dati. Serviranno quindi altre applicazioni per misurare quanti eventi adatti vengano individuati e quanti avvisi non conducano a osservazioni utili.
Un’allerta di questo tipo permette di coordinare telescopi, satelliti e razzi affinché raccolgano dati sullo stesso evento. Osservare con strumenti diversi i primi minuti di un brillamento può aiutare a comprenderne meglio lo sviluppo e, nel tempo, fornire nuove informazioni anche ai modelli del meteo spaziale.
[A cura di Daria Guidetti]
Fonte: Real-time Early Flare Alert System for the First Sounding Rocket Solar Flare Campaign,
