Un jet passeggeri sta sorvolando l'Alaska quando il pilota nota che le coordinate sulla console non sembrano corrette. Dopo pochi secondi, il contatore delle radiazioni inizia a salire. Quasi contemporaneamente, arriva un avviso dal controllo del traffico aereo locale, che informa i voli che è iniziato un intenso evento solare. Il pilota si rende conto che l'aereo dovrebbe spostarsi di qualche migliaio di metri e chiede il permesso al controllo del traffico, ma scopre che le comunicazioni si sono interrotte. Decine di altri piloti stanno sperimentando lo stesso problema nelle loro cabine di pilotaggio.
Si tratta di uno scenario ipotetico: per quanto documentato dai moderni registri dell'aviazione, non è mai accaduto nulla di simile a un disastro imminente. Ma secondo i rapporti delle autorità di regolamentazione dell'aviazione, il problema non è se accadrà, ma quando.
Gli eventi eruttivi sulla superficie del sole non influenzano direttamente la vita sulla Terra, ma sono una minaccia nota per l'aviazione e altre tecnologie. "Le più grandi tempeste di radiazioni solari possono provocare un aumento delle radiazioni ai livelli di volo dell'aviazione", ha dichiarato a The Daily Beast Hazel Bain, ricercatrice presso lo Space Weather Prediction Center (SWPC) della National Oceanic and Atmospheric Administration. Questo può rappresentare un pericolo per l'equipaggio e i passeggeri e per l'avionica". Anche le comunicazioni radio ad alta frequenza nelle regioni polari possono risentirne". La consapevolezza dei cosiddetti effetti del tempo spaziale è aumentata negli ultimi anni e gli enti normativi e le compagnie aeree si sono affrettati a mettersi al passo.
Gli incidenti sono certamente poco frequenti. Ma nei rari casi in cui si verificano, gli effetti possono essere devastanti. Nel dicembre 2006, i ricevitori GPS su tutto il lato illuminato dal sole della Terra, compresi diversi aerei, hanno perso il segnale per mezz'ora; la loro ricezione era stata sopraffatta dalle onde radio del sole, che nel caso di un aereo in una tempesta possono significare cecità. Nel novembre 2015, il controllo del traffico aereo sulla Svezia meridionale è stato interrotto per ore e l'intero Paese ha chiuso lo spazio aereo per più di un'ora; ciò è avvenuto nel tardo pomeriggio e gli esperti ritengono che un radar si sia trovato a funzionare male a causa della linea di vista diretta con il sole al tramonto.
Entrambi gli eventi sono stati il risultato di intense esplosioni di luce sulla superficie del Sole, uno dei tipi di fenomeni che costituiscono lo space weather. Il tempo spaziale comporta il rilascio improvviso di raggi X, particelle subatomiche altamente energetiche e grandi pezzi di plasma (materiale solare magnetizzato) nello spazio. Se il loro percorso li porta nell'alta atmosfera terrestre, hanno molti modi per influenzare la tecnologia sul pianeta e, in particolare, intorno ad esso.
Le particelle veloci che sfrecciano nello spazio, come i protoni, possono colpire gli atomi nei superconduttori dei circuiti degli aerei e dei satelliti, ad altitudini sufficientemente elevate dove l'atmosfera del pianeta è troppo sottile per rallentarle. Oppure il tempo spaziale può formare irregolarità nella ionosfera terrestre, uno strato di alte concentrazioni di ioni ed elettroni liberi che impedisce la riflessione delle onde radio e interrompe le comunicazioni tra le tecnologie. Le particelle altamente energizzate potrebbero danneggiare i satelliti e portare a una cascata di problemi più in basso, nella navigazione aerea. E nel peggiore dei casi, gli eventi meteorologici spaziali potrebbero infliggere ai viaggiatori aerei quantità elevate di radiazioni, forse più di un anno di livelli naturali in pochi secondi.
Poiché la superficie del Sole è in costante stato di agitazione, la maggior parte di questi eventi sono frequenti ma trascurabili. Quelli più grandi, che possono provocare tempeste geomagnetiche, si verificano in media un paio di volte all'anno. Ma sono difficili da prevedere e spesso sembrano apparire a caso. L'attività del Sole segue una fluttuazione quasi regolare ogni undici anni, nota come ciclo solare.
Ancora più rare sono le famigerate supertempeste, che si verificano circa una volta ogni secolo. L'impatto delle supertempeste è enorme, poiché possono colpire gli aerei di linea e altre tecnologie e attrezzature in tutto il mondo, tutti insieme. Secondo le stime dell'Autorità per l'aviazione civile del Regno Unito, l'industria aeronautica mondiale avrebbe bisogno di due settimane per riprendersi da una supertempesta.
Il tempo meteorologico spaziale non è stato realmente presente nel radar dell'umanità fino a quando non abbiamo iniziato a sviluppare forme più avanzate di tecnologia, in particolare quella elettrica. Prima del XIX secolo, l'unico segno di una supertempesta solare era l'aurora boreale o australe, che si estendeva in modo insolito dai poli.
Durante l'evento Carrington del 1895, la più forte tempesta solare mai registrata, i testimoni videro l'aurora boreale estendersi fino ai Caraibi. Si registrarono anche sovratensioni elettriche nelle linee telegrafiche. In alcuni casi la corrente elettrica era abbastanza forte da permettere alla rete telegrafica di continuare a funzionare senza alimentazione.
Dalla metà del XX secolo, diverse tempeste di moderata intensità hanno provocato blackout elettrici (come quello che ha lasciato il Quebec al buio per nove ore nel marzo 1989) e malfunzionamenti dei satelliti (il caso più recente è quello di Starlink all'inizio di quest'anno).
Ma forse l'effetto più folle del tempo spaziale è stato quasi quello di scatenare una guerra. Nel 1967 i radar del sistema di allerta precoce dei missili balistici degli Stati Uniti furono disturbati simultaneamente da un'enorme esplosione radio solare e dalla tempesta geomagnetica che l'accompagnava, un atto di guerra percepito che portò i bombardieri nucleari a prepararsi al decollo prima che i meteorologi spaziali si rendessero conto in tempo della causa reale e bloccassero ogni azione.
Nel settore dell'aviazione, gli aeroplani sono diventati più suscettibili agli eventi solari in quanto si affidano sempre più ai satelliti per le loro operazioni e i componenti microelettronici diminuiscono di dimensioni. La consapevolezza è cresciuta dalla fine degli anni Novanta grazie al drastico aumento dei voli sopra il Polo Nord, una regione che presenta una serie di problemi. Le rotte transpolari tra il Nord America e l'Asia riducono i tempi di viaggio, ma chi vola nelle regioni polari perde la linea di vista con i satelliti geostazionari che facilitano le comunicazioni. Gli aerei devono quindi affidarsi alla radio ad alta frequenza, proprio il tipo di segnale che smette di propagarsi nella ionosfera durante le tempeste solari.
Inoltre, il Nord America è ulteriormente gravato dal fatto che il polo nord magnetico si trova sopra il continente, il che finisce per esporre la regione a impatti meteorologici spaziali più acuti.
Per garantire una migliore protezione contro gli eventi meteorologici spaziali, negli ultimi anni l'Organizzazione Internazionale dell'Aviazione Civile (ICAO) delle Nazioni Unite ha iniziato ad assumere un ruolo più attivo. Secondo Bain, a partire dal 2019, lo SWPC ha iniziato a emettere avvisi meteorologici spaziali adattati specificamente ai requisiti dell'ICAO. Inoltre, alla fine del 2019 sono stati istituiti due centri globali e un altro nel 2022, unendo gli sforzi di previsione e allerta di 16 Paesi. "La responsabilità primaria per questi avvisi ruota tra ciascuno dei quattro centri", ha detto Bain. Gli avvisi vengono emessi 24 ore su 24.
Quando inizia un evento meteorologico spaziale degno di nota e viene lanciato un allarme, nella maggior parte dei casi l'impatto sui voli in volo può essere evitato cambiando le rotte (per evitare le regioni polari e le grandi irregolarità nella ionosfera), volando a quote più basse (dove l'atmosfera fornisce ulteriori strati di protezione dalle radiazioni), o semplicemente lasciando a terra i voli e facendoli attendere la tempesta. Queste contromisure, tuttavia, hanno un costo considerevole a causa dei tempi di volo più lunghi e dei turni degli equipaggi, dei voli persi e dell'aumento del consumo di carburante. Inoltre, c'è sempre il problema dell'impatto simultaneo su un gran numero di voli, che aggiunge considerazioni come il vantaggio di cambiare rotta al volo rispetto alla possibilità di conflitti di traffico.
Secondo gli esperti, di solito abbiamo bisogno di 12-24 ore di preavviso per riprogrammare i voli in modo efficiente. E nel prossimo futuro non saremo in grado di prevedere minacce meteorologiche spaziali molto lontane nel tempo. I modelli di radiazione per l'aviazione sono attualmente in grado di produrre "nowcast", ma sono necessarie ulteriori ricerche per fornire agli utenti tempi più lunghi", ha dichiarato Bain.
Inoltre, l'inizio del servizio ICAO ha beneficiato del "minimo solare" del ciclo solare, anni con eventi solari deboli e scarsi. La situazione è destinata a cambiare, poiché stiamo entrando nel previsto massimo solare. L'attività solare è quasi certamente destinata ad aumentare, ma sappiamo ancora molto poco sui singoli eventi, che non si verificano a intervalli regolari. Gli astrofisici non sanno ancora come prevederli.
Tuttavia, la maggiore consapevolezza porta con sé la richiesta di una maggiore standardizzazione e di un maggiore coordinamento tra i meteorologi spaziali e le autorità di regolamentazione dell'aviazione. "L'educazione è in corso e la comunità dell'aviazione sta ancora lavorando per comprendere e incorporare [le] informazioni", ha dichiarato a The Daily Beast Robert Steenburgh, scienziato spaziale presso lo SWPC. Le linee guida dell'ICAO e delle autorità nazionali di regolamentazione sull'uso degli allarmi sono ancora semplici raccomandazioni; tuttavia, ora si verifica un'interazione regolare.
Lo scorso settembre, ad esempio, si è tenuto presso lo SWPC il primo Testbed Experiment di meteorologia spaziale per l'aviazione. "Il workshop era incentrato sulle esigenze della comunità aeronautica", ha detto Bain. "I rappresentanti delle principali compagnie aeree statunitensi, dei centri di spedizione e di comunicazione, dei piloti, dell'ufficio previsioni [dello SWPC] e della ricerca si sono riuniti per discutere dei nuovi avvisi ICAO, di come migliorarli e di conoscere le attuali capacità scientifiche".
Le autorità di regolamentazione incoraggiano le compagnie aeree a sviluppare protocolli individuali, "poiché questi devono essere pertinenti alle attrezzature, all'esperienza e alle conoscenze specifiche dell'operatore e al profilo della rotta", secondo l'Autorità dell'aviazione civile del Regno Unito. Queste procedure regolerebbero le azioni dalle decisioni prima e durante il volo ai controlli post-volo. Il grado di preparazione generale del settore sembra variare.
Secondo lo stesso rapporto, anche alcune tecnologie aeronautiche, ma non tutte, come le comunicazioni e la navigazione satellitare, si adattano abitualmente agli impatti del tempo spaziale. La resilienza viene gradualmente integrata nell'hardware e nell'elettronica. Ne sono un esempio le specifiche per la progettazione e il collaudo dei sistemi aeronautici, emanate dalla Commissione Elettrotecnica Internazionale dal 2006 e aggiornate già alcune volte.
E così, torniamo al nostro pilota sorpreso da una tempesta geomagnetica e rimasto senza contatto con il controllo del traffico aereo, che sta sfogliando il manuale di meteorologia spaziale. Scoprono che la probabilità di un impatto considerevole della tempesta, che si traduce in un'elevata dose di radiazioni e nel malfunzionamento dei sistemi, è inferiore alla probabilità di un conflitto con altri voli, nel caso in cui dovessero cambiare quota senza preavviso. L'aereo prosegue verso il Polo Nord senza altri problemi.