Difendere la Terra dai pericoli cosmici

Scott Madry Direttore esecutivo, Global Space Institute, North Carolina, USA

Ram Jakhu Institute of Air & Space Law, McGill University, Canada

Joseph N. Pelton International Association for the Advancement of Space Safety (IAASS)

Il viaggio annuale della Terra intorno al Sole rappresenta un pericoloso viaggio cosmico e per migliaia di anni gli esseri umani sono rimasti beati nell'ignoranza dei pericoli di asteroidi e comete, espulsioni di massa coronale, razzi di radiazione solare e altri eventi cosmici che minacciano la nostra esistenza quotidiana. Il Global Space Governance Study sta affrontando le sfide tecniche e le azioni normative per una strategia globale di difesa planetaria.

Sir Arthur Clarke amava citare il suo collega scrittore di fantascienza Larry Niven e citava spesso le famose linee di Niven, "I dinosauri si estinsero perché non avevano un programma spaziale. E se ci estinguiamo perché non abbiamo un programma spaziale, ci servirà nel modo giusto! 'Questa osservazione apparentemente stravagante sulla fine dei dinosauri e l'ascesa dei mammiferi è in realtà un'affermazione piuttosto profonda sulla condizione umana. La citazione sardonica di Niven va dritta al cuore del problema. Abbiamo la volontà e le "intelligenze" per sopravvivere e la scienza spaziale umana è salita a un livello sufficiente per identificare i pericoli cosmici significativi che potrebbero minacciare la sopravvivenza della razza umana e quindi rispondere in modo proattivo?

Questo è uno dei temi chiave affrontati dal progetto Institute of Air and Space Law della McGill University: il Global Space Governance Study, uno studio interdisciplinare guidato dalla risoluzione di Montreal del maggio 2013 e adottato all'unanimità da oltre 100 scienziati e avvocati spaziali, coinvolge non solo le capacità tecnologiche ma anche le azioni istituzionali e normative che potrebbero essere necessarie per perseguire una valida strategia di difesa planetaria.

Rimanemmo in gran parte ignoranti di tali pericoli cosmici fino all'inizio dell'era spaziale negli anni '50. Per la prima volta siamo stati in grado di progettare sonde spaziali con sensori che ci hanno permesso di osservare le caratteristiche della geomagnetosfera, scoprire le cinture di Van Allen e determinare la composizione della nostra atmosfera superiore, ognuna delle quali aiuta a proteggere la vita sulla Terra.

Esperienze recenti e studi scientifici suggeriscono che vi sono pericoli derivanti dalle radiazioni cosmiche che devono davvero essere presi sul serio

In un certo senso è come giocare alla roulette russa con una serie casuale di rocce, proiettili metallici e tempeste solari che spesso mettono a rischio l'umanità. Il tipo di pericolo spazia da una grande catastrofe urbana sotto forma di un asteroide "killer di città", alla perdita di infrastrutture moderne in tutto il mondo da un'enorme espulsione di massa coronale, alla distruzione totale di una specie da parte di una gigantesca cometa o asteroide che potrebbe spazzare via la vita come la conosciamo.

Il Global Space Governance Study della McGill University elenca i tre principali rischi cosmici che minacciano la Terra oggi come:

  • Razzi solari e tempeste solari note come espulsioni di massa coronale (CME)
  • Cambiamenti nella magnetosfera terrestre che sradicano efficaci scudi per scongiurare le espulsioni di massa coronale solare
  • Asteroidi e comete potenzialmente pericolosi che possono far piovere distruzione di massa.

Esistono altri pericoli dallo spazio, incluso il problema generato dall'uomo di detriti orbitali. Anche il cambiamento climatico - una questione complessa che coinvolge l'interazione dell'industria umana e le radiazioni solari sull'atmosfera terrestre - è una forma di minaccia solare, sebbene non sia affrontata qui.

Un lungo filamento è scoppiato sul Sole il 31 agosto 2012 ed è stato ripreso dal Solar Dynamics Observatory (SDO) della NASA

La Terra è costantemente bombardata non solo dalle radiazioni solari ma dalle radiazioni cosmiche originate dalle reazioni nucleari nelle stelle, dalle novae e dalle supernove e persino dalle pulsar. Esperienze recenti e studi scientifici suggeriscono che vi sono pericoli derivanti dalle radiazioni cosmiche che devono davvero essere presi sul serio.

Bagliori solari e tempeste

Il sole è la nostra principale fonte di radiazioni. Mostra energia solare e del sistema solare, in particolare nelle frequenze ultraviolette e un flusso costante di raggi X e raggi gamma. Miliardi di stelle stanno facendo la stessa cosa in tutto l'universo e l'attuale comprensione del Sole, i brillamenti solari e le espulsioni di massa coronale derivano, in parte, studiando altre stelle nella galassia e oltre.

L'attività solare segue un ciclo ben noto ma non facilmente comprensibile di 11 anni che passa dal minimo solare al massimo solare. L'ultima vetta del ciclo è stata raggiunta durante la stagione autunnale del 2013. La quantità di energia che raggiunge la Terra ogni giorno, a circa 93 milioni di miglia (149 milioni di km) dalla superficie del Sole, è 10.000 volte la quantità totale che l'intera umanità effettivamente 'consuma'.

Il cratere meteorico di 180 km di diametro sullo Yucat

Nel 1859 una gigantesca espulsione di massa coronale che coinvolse miliardi di tonnellate di ioni che viaggiavano a milioni di chilometri all'ora colpì la Terra nel cosiddetto "evento di Carrington". Gli uffici del telegrafo furono incendiati e l'aurora boreale fu vista fino a sud come Cuba e le Hawaii. Se questo evento si fosse verificato oggi avremmo perso le reti elettriche in tutto il mondo, i satelliti di telecomunicazione e di navigazione spaziale sarebbero stati eliminati e le linee di petrolio, gas e acqua sarebbero state colpite. L'evento di tempesta di ghiaccio di Montreal del 1998 e lo sciopero di Halloween in Scandinavia del 2003 sono esempi più recenti di CME, entrambi che illustrano come le espulsioni di massa coronale possono far cadere i sistemi di alimentazione e causare problemi con le infrastrutture vitali. Non sappiamo quando accadrà il prossimo grande attacco solare, ma se dovesse verificarsi un enorme flusso di ioni simile all'evento di Carrington, i risultati potrebbero essere davvero pessimi.

Una valutazione da parte dei Lloyd's di Londra sui probabili impatti di un altro evento in stile Carrington ha stimato che i potenziali impatti economici avversi potrebbero essere in trilioni di dollari (USA). Negli Stati Uniti il ​​National Intelligence Council ha identificato un'enorme espulsione di massa coronale come un possibile evento di "cigno nero" che potrebbe arrecare un danno enorme alla vita umana e alle infrastrutture globali.

È come giocare alla roulette russa con una serie casuale di rocce, proiettili metallici e tempeste solari

I bagliori solari sono generati da riconnessioni magnetiche nel Sole che portano al rilascio di radiazioni con la potenza di mille bombe atomiche, inviando raggi X e raggi gamma ad alta potenza che fluiscono nello spazio alla velocità della luce. Questa "esplosione di radiazioni" è diversa da una CME (che comporta un rilascio di massa e ioni piuttosto che di radiazione), ma costituisce comunque una preoccupazione importante. I razzi hanno il potenziale per disabilitare i satelliti, aumentare il rischio di cancro e provocare mutazione genetica. Nelle regioni del pianeta vicino al buco dell'ozono, il cancro della pelle è più alto del 40% rispetto al resto del mondo. Inoltre, sono state osservate un aumento delle mutazioni genetiche nelle rane e in altre forme di vita.

Dato che la popolazione terrestre aumenterà da 7,5 miliardi a 10-12 miliardi entro la fine del secolo, con i corrispondenti aumenti delle infrastrutture vitali vulnerabili alle tempeste solari e alle eruzioni solari, la criticità di queste minacce a base solare aumenterà solo. Il pubblico in generale ha classificato i pericoli cosmici nel regno degli asteroidi e delle comete canaglia. Oggi, le tempeste solari sono una preoccupazione sempre crescente.

Cambiare geomagnetosfera

I pericoli causati da forti tempeste solari non sono solo una preoccupazione perché ci sono più persone e più infrastrutture elettroniche sul terreno e nello spazio, ma anche perché l'efficacia dei nostri scudi protettivi - le cinture di Van Allen e la magnetosfera e l'atmosfera terrestri - può aumentare o diminuire.

Sappiamo anche che i poli magnetici Nord e Sud si stanno spostando. I satelliti Swarm dell'ESA e la nuova missione Magnetospheric Multiscale (MMS) a quattro satelliti della NASA ci stanno fornendo sempre più informazioni su come sta cambiando il campo magnetico terrestre. La geomagnetosfera è circa il 15% meno efficace nel proteggere gli ioni sovralimentati in un CME rispetto a circa 20 anni fa.

Il telescopio a infrarossi Sentinel Foundation B612 in grado di localizzare asteroidi potenzialmente pericolosi

Secondo Yvon Menard, il responsabile dello sciame dell'ESA, una delle possibili ragioni è che i poli magnetici della Terra si stanno preparando a girare. "I dati dei nostri satelliti sperimentali nei cieli suggeriscono che il polo nord magnetico si è già spostato in Siberia", afferma.

Si presume spesso che non vi sia alcuna difesa contro una tempesta veramente violenta. Ma è stato suggerito che una sorta di ingegneria cosmica protettiva potrebbe essere possibile. Un sistema magnetico dispiegabile nel punto Lagrangiano L-1 accoppiato con un sistema satellitare a energia solare potrebbe essere in grado di fornire un tipo di schermatura che potrebbe anche trasmettere energia solare sulla Terra 24 ore al giorno, 365 giorni all'anno.

Chiaramente dobbiamo capire meglio la fisica delle tempeste solari e la natura dei cambiamenti nella geomagnetosfera. Inoltre, potremmo effettivamente iniziare a considerare se potessimo dare un nuovo significato al termine "meccanica celeste" e iniziare a considerare se potessimo progettare una sorta di "accecatore" magnetico che potremmo applicare alla forma più estrema di tempeste solari .

Asteroidi e comete

Negli ultimi decenni gli scienziati hanno scoperto sempre più prove dei vari tipi di rischi cosmici che si nascondono nello spazio. Nel 2013, un meteorite si è schiantato su una grande città russa, ferendo 1100 persone e danneggiando 4000 edifici. Negli anni '80 fu scoperto un enorme cratere circolare lungo 180 km e profondo 900 m. Il cratere circolare dalla forma perfetta si estende lungo la costa dell'altopiano dello Yucatan in Messico e si estende fino al Golfo.

Negli anni '90 l'imaging spaziale fu in grado di confermare che questo era davvero il residuo di un asteroide gigante che si schiantò sulla Terra. Questo evento, che equivaleva all'esplosione di decine di migliaia di bombe nucleari e bloccò il Sole con una conseguente nuvola di polvere, fu definito un "inverno nucleare". Questo evento di estinzione di massa (noto come K-T) non solo uccise i dinosauri circa 66 milioni di anni fa, ma estinse anche oltre il 70% di tutte le specie di piante e animali che erano vivi all'epoca. Questa è stata la peggiore delle cinque estinzioni di massa della Terra e l'ultima verifica che sia stato il risultato di un'enorme collisione di meteoriti è venuta dalle osservazioni spaziali.

Un recente campanello d'allarme sui pericoli spaziali che possono schiantarsi sui pianeti a velocità supersoniche con un'enorme forza distruttiva è arrivato nel 1994 dopo che gli astronomi hanno assistito all'impatto su Giove di una cometa multiparte che si schiantò contro il più grande pianeta del Sistema Solare. Tutto questo accadde circa 20 anni fa quando la cometa P / Shoemaker Levy 9 (D / 1993 F2) si scontrò con Giove.

La cometa fu osservata per la prima volta il 24 marzo 1993 da Carolyn ed Eugene Shoemaker e David Levy all'Osservatorio Palomar in California e, ovviamente, era stata predetta ben prima che questo evento catastrofico si verificasse effettivamente. Vi erano 21 parti riconoscibili nel "complesso" della cometa - con alcune larghe fino a 2 km di diametro e durante un periodo di sei giorni tra il 16 e il 22 luglio 1994 pezzi della cometa bombardarono Giove con forza esplosiva che poteva essere facilmente vista attraverso i telescopi . Questa è stata la prima collisione del genere di due corpi del Sistema Solare mai osservati e registrati - e l'impatto su Giove e la sua atmosfera sono stati davvero spaventosi.

Ogni anno impariamo di più sui pericoli degli attacchi di asteroidi e comete e ogni anno aumenta il livello di minaccia. Il monitoraggio tramite satelliti GPS ha dimostrato che tali attacchi sono quattro volte più comuni di quanto si pensasse in precedenza. Sappiamo che gli asteroidi piccoli fino a 30 m (a velocità abbastanza elevata) sono "assassini di città" e che ci sono nell'ordine da 500.000 a un milione di oggetti vicini alla terra (NEO) di queste dimensioni e che sono in gran parte inesplorati. La NASA ha in mente di lanciare un progetto chiamato NEOCAM e la B612 Foundation (una fondazione privata senza scopo di lucro con sede negli Stati Uniti e dedicata alla difesa planetaria contro asteroidi e altri NEO) sta costruendo il suo veicolo spaziale Sentinel. Entrambi questi satelliti per telescopio a infrarossi potrebbero aumentare notevolmente la nostra capacità di individuare la minaccia di pericolose rocce spaziali che potrebbero causare danni potenziali.

La verità è che gli umani e la nostra società moderna sono più a rischio e che i pericoli cosmici che affrontiamo sono troppo terribili per ignorare o far finta di non esistere. I rischi di cui sopra non sono specifici per nessun gruppo di paesi ma per tutte le nazioni della Terra e per necessità i tentativi di mitigare e gestire questi pericoli saranno di natura globale, portata e partecipazione.

I bagliori solari portano al rilascio di radiazioni con la potenza di mille bombe atomiche, inviando raggi X e raggi gamma ad alta potenza che fluiscono nello spazio alla velocità della luce

L'azione delle Nazioni Unite (ONU) per creare l'International Asteroid Warning Network (IAWN) e lo Space Mission Planning Advisory Group (SMPAG) per affrontare gli asteroidi potenzialmente pericolosi è un passo specifico già intrapreso e altri ne seguiranno chiaramente.

Una stretta cooperazione internazionale, sotto forma di indagini scientifiche, scambio di dati pertinenti, sviluppo di strumenti tecnologici adeguati, procedure operative e processi decisionali, è indispensabile per un'efficace protezione contro i rischi cosmici. Dovremmo rimanere consapevoli del fatto che qualsiasi azione unilaterale di uno stato, anche da parte del più ricco e avanzato, potrebbe incorrere in numerose barriere legali, normative, politiche, economiche e strategiche.

I primi passi per risolvere i processi normativi in ​​materia di asteroidi possono inizialmente essere affrontati in termini di legislazione nazionale. La nuova legislazione negli Stati Uniti - nota come "Space Act del 2015" - si concentra sull'estrazione spaziale di asteroidi piuttosto che sulla deviazione delle pericolose rocce spaziali dal colpire la Terra. Con l'adozione da parte degli Stati Uniti di questo tipo di legislazione, potrebbero seguire altre normative nazionali e ciò potrebbe avere l'effetto di rendere le attività spaziali più competitive anziché cooperative.

Il processo avviato da SMPAG attualmente guida i paesi con i più forti programmi spaziali per proporre azioni difensive contro asteroidi o comete potenzialmente pericolose. Questo, tuttavia, potrebbe essere seguito dal Consiglio di sicurezza delle Nazioni Unite considerando un trattato internazionale più specifico (o altra forma di regime giuridico) che sarebbe sviluppato dagli Stati di interesse spaziale più interessati ma reso aperto a tutti. È importante notare che ci sono altri tipi di rischi cosmici da considerare e che il gruppo di lavoro delle Nazioni Unite COPUOS sulla sostenibilità a lungo termine delle attività nello spazio esterno è un'entità che sta attualmente prendendo in considerazione questioni come i brillamenti solari e le CME.

Inoltre, proponiamo le seguenti azioni in sette punti che stanno emergendo dal McGill Global Space Governance Study. Questo breve elenco di azioni è una buona indicazione di cosa si potrebbe fare per affrontare i rischi cosmici. Chiaramente sono necessarie ulteriori ricerche scientifiche - ma non siamo struzzi che affrontano il pericolo semplicemente annullando e mettendo le nostre teste nella sabbia per cancellare l'imminente minaccia. Speriamo almeno di essere più intelligenti dei dinosauri e più proattivi degli struzzi miopi.

Ulteriori informazioni su Asgardia.Space e ROOM. The Space Journal