Di Nogeoingegneria
Gran parte della scienza, specialmente quella al servizio del settore militare, è non di rado guidata da una curiosità ossessiva che persegue obiettivi molto specifici, escludendo tutto ciò che non è direttamente connesso a tali fini. Questo focus ristretto porta spesso a una corsa cieca verso la realizzazione dei progetti, senza una valutazione delle loro conseguenze. La passione e il fanatismo possono certamente generare risultati impressionanti; tuttavia, la storia dimostra che ciò che appare inizialmente come una conquista straordinaria può nascondere rischi e pericoli enormi. La bomba atomica, sviluppata con un focus sulla potenza distruttiva, è un monito. Le sue lezioni, però, non sembrano aver fermato il suo uso e ancora meno la corsa verso nuovi strumenti di potere e distruzione, che amplificano i pericoli su scala globale. La conquista della Terra ha già mostrato il lato distruttivo dell’ambizione umana, con cicatrici profondi. Ora, l’espansione verso lo spazio e l’atmosfera apre scenari ancora più inquietanti. L’esplorazione degli strati atmosferici rischia di replicare le logiche e gli errori del passato, portando a catastrofi ampliati.
L’atmosfera terrestre è un sistema dinamico che protegge la vita e regola le interazioni con lo spazio. Durante la Guerra Fredda, test nucleari ad alta quota come Starfish Prime illuminarono il cielo e svelarono la complessità della magnetosfera, ma a un costo significativo. Questi esperimenti distruttivi furono successivamente vietati dal diritto internazionale, aprendo la strada a metodi scientifici più sicuri e precisi.
Tra questi, il progetto CRRES (Combined Release and Radiation Effects Satellite) si distinse per l’uso di traccianti chimici, che permisero agli scienziati di mappare campi magnetici, venti atmosferici e dinamiche del plasma. Questo approccio ha trasformato la comprensione dell’atmosfera, dalla troposfera alla magnetosfera, avviando una nuova era nella ricerca spaziale con implicazioni sconosciute.
Negli anni ’50 e ’60, la Guerra Fredda spinse Stati Uniti e Unione Sovietica a condurre test nucleari in alta atmosfera, sia per scopi militari sia per finalità scientifiche. L’Operazione Fishbowl nel 1962, parte del programma statunitense, comprese Starfish Prime: una detonazione nucleare da 1,4 megatoni a circa 400 km di altitudine.
Questi test crearono spettacolari aurore artificiali visibili a migliaia di chilometri, ma causarono anche effetti imprevisti. L’esplosione iniettò elettroni ad alta energia nelle fasce di Van Allen, regioni della magnetosfera che intrappolano particelle cariche come protoni ed elettroni. Queste “fasce artificiali” di radiazioni danneggiarono numerosi satelliti, provocando malfunzionamenti nei loro componenti elettronici.
Inoltre, l’impulso elettromagnetico (EMP) generato da Starfish Prime spense le luci nelle Hawaii, a oltre 1400 km di distanza, dimostrando il potenziale distruttivo di queste esplosioni sia nello spazio che sulla Terra.
I test confermarono che il campo magnetico terrestre può intrappolare particelle energetiche, ma allo stesso tempo alterarono gravemente l’ambiente spaziale.
Gli effetti devastanti dei test nucleari nell’alta atmosfera, con danni alla magnetosfera e alle tecnologie spaziali, portarono alla firma del Partial Test Ban Treaty nel 1963. Questo accordo internazionale, sottoscritto da Stati Uniti, Unione Sovietica e altri paesi, proibì i test nucleari nell’atmosfera, nello spazio e sott’acqua.
La firma di questo trattato spinse la comunità scientifica a sviluppare metodi più sicuri e responsabili per studiare l’atmosfera senza causare perturbazioni di vasta scala. In particolare, si iniziò a impiegare traccianti chimici rilasciati in quantità controllate, per sondare l’ambiente atmosferico senza alterarne l’equilibrio.
CRRES: un laboratorio orbitante per la magnetosfera
Il Combined Release and Radiation Effects Satellite (CRRES), lanciato il 25 luglio 1990 dalla NASA e dall’US Air Force, fu progettato per studiare la magnetosfera e le fasce di Van Allen in modo controllato.
Posizionato in un’orbita di trasferimento geosincrona con inclinazione di 18°, a circa 22.236 miglia di altitudine, CRRES aveva una forma ottagonale e ruotava a 2,2 giri al minuto per mantenere stabilità.
La missione, durata fino al 1991 (quando un guasto alla batteria ne interruppe le operazioni), aveva due obiettivi principali:
– comprendere la dinamica delle fasce di Van Allen,
– testare la resistenza dei componenti microelettronici alle radiazioni.
CRRES rilasciava traccianti chimici come bario e litio nella ionosfera (a quote fra 80 e 1000 km), creando nubi di ioni luminosi che si muovevano lungo le linee del campo magnetico terrestre. Queste nubi, ionizzate dalla luce solare, fungevano da “pennelli” per mappare visivamente i campi magnetici ed elettrici, osservati da telescopi e strumenti terrestri, aerotrasportati e spaziali.
Ad esempio, il bario ionizzato a quote tra 80 e 200 km rivelava la struttura delle correnti di Birkeland, flussi di particelle cariche che collegano la Terra al Sole. Gli esperimenti permisero di studiare la dinamica del plasma, le tempeste geomagnetiche e le instabilità ionosferiche, migliorando i modelli delle interazioni Sole-Terra.
Traccianti chimici: strumenti per l’atmosfera
L’uso di traccianti chimici iniziò negli anni ’60 con i razzi sonda e fu perfezionato da CRRES. Sostanze come litio, sodio, bario, trimetilalluminio (TMA) e cesio venivano rilasciate nella ionosfera per studiare fenomeni non visibili.
Litio e sodio creavano nubi luminose a specifiche lunghezze d’onda (ad esempio 589 nm per il sodio), utili per tracciare i venti atmosferici e i movimenti del plasma.
Il bario, ionizzandosi rapidamente, mappava i campi elettrici e magnetici.
Il TMA produceva scie luminose notturne per studiare la turbolenza.
Questi traccianti, rilasciati tra 80 e 200 km, venivano osservati con telescopi, fotocamere e strumenti ottici per raccogliere dati su velocità dei venti, densità del plasma e intensità dei campi elettromagnetici.
CRRES proseguì questa tradizione, rilasciando 24 canister di bario e litio per generare nubi di plasma lungo le linee magnetiche, studiate da una rete di strumenti a terra e in orbita. Questi esperimenti aiutarono a validare modelli teorici della magnetosfera, comprendere le risposte alle tempeste solari e prevedere gli effetti delle radiazioni su astronauti e satelliti.
A differenza dei test nucleari, che causavano perturbazioni erratiche e danni permanenti, i rilasci di CRRES erano precisi e non alteravano l’ambiente spaziale in modo duraturo.
Traccianti nella bassa atmosfera
Nella bassa atmosfera (troposfera e stratosfera, da 0 a 50 km di quota), i traccianti assumono forme diverse. Si utilizzano gas inerti come l’esafluoruro di zolfo (SF₆), composti come anidride carbonica (CO₂) e monossido di carbonio (CO), e aerosol quali fumo colorato o biossido di titanio.
Questi studi aiutano a tracciare i venti, la dispersione degli inquinanti e i cicli chimici atmosferici. I traccianti vengono rilevati con gascromatografi, spettrometri o satelliti specializzati come OCO-2 e non richiedono ionizzazione, a differenza di quelli utilizzati nell’alta atmosfera.
Oggi, l’atmosfera è sotto pressione non solo per esperimenti scientifici, ma anche per attività come il crescente numero di lanci di razzi e satelliti, che rilasciano gas e particolati nella stratosfera. Ad esempio, i razzi emettono ossidi di azoto e fuliggine, che possono contribuire alla deplezione dell’ozono o al riscaldamento atmosferico. Inoltre, l’accumulo di detriti spaziali in orbita bassa rappresenta una minaccia indiretta per l’ambiente spaziale, che si collega alla salute della magnetosfera.
NOTA: Durante la stesura del testo ho consultato, tra le altre, le informazioni fornite da GROK e Perplexity
Note bibliografiche
Dyal, P. (2006). “Particle and Field Measurements of the Starfish Diamagnetic Cavity.” Journal of Geophysical Research: Space Physics, 111(A12). DOI:10.1029/2005JA011295.
Descrive gli effetti dei test nucleari ad alta quota, come Starfish Prime, sulle fasce di Van Allen.
Treaty Banning Nuclear Weapon Tests in the Atmosphere, in Outer Space and Under Water (1963). United Nations Office for Disarmament Affairs. Disponibile su: https://www.un.org/disarmament/wmd/nuclear/treaty-text/. Documento ufficiale sul Partial Test Ban Treaty.
Vampola, A. L. (1992). “The CRRES Mission: Overview and Initial Results.” Journal of Spacecraft and Rockets, 29(4), 559-566. DOI:10.2514/3.25517. Fornisce dettagli sulla missione CRRES, inclusi gli esperimenti di rilascio chimico e gli studi sulle radiazioni.
Gussenhoven, M. S., et al. (1993). “CRRES High Energy Proton Flux Maps.” IEEE Transactions on Nuclear Science, 40(6), 1450-1457. DOI:10.1109/23.273509 Analisi dei dati di CRRES sulle particelle energetiche nelle fasce di Van Allen.
Wescott, E. M., et al. (1965). “Chemical Releases in the Upper Atmosphere.” Journal of Geophysical Research, 70(5), 1045-1056. DOI:10.1029/JZ070i005p01045. nDescrive l’uso di traccianti chimici (bario, litio) nei razzi sonda degli anni ’60.
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