Nel corso dei millenni, gli umani hanno osservato e sono stati ispirati da splendidi spettacoli di bande luminose che danzano nei cieli notturni oscuri. Oggi chiamiamo queste luci aurore: l’aurora boreale nell’emisfero settentrionale e l’aurora australis nell’emisfero sud.
Al giorno d’oggi, comprendiamo che le aurore sono causate da particelle cariche provenienti dalla magnetosfera terrestre e dal vento solare che si scontrano con altre particelle nell’atmosfera superiore della Terra. Queste collisioni eccitano le particelle atmosferiche, che poi rilasciano luce mentre si “rilassano” tornando al loro stato non eccitato.
Il colore della luce corrisponde al rilascio di frammenti discreti di energia da parte delle particelle atmosferiche, ed è anche un indicatore di quanta energia è stata assorbita nella collisione iniziale.
La frequenza e l’intensità delle manifestazioni aurorali è correlata all’attività sul Sole, che segue un ciclo di 11 anni. Attualmente ci stiamo avvicinando al prossimo massimo, previsto per il 2025.
Collegamenti con il sole
Tali manifestazioni sono state a lungo documentate da popoli in tutto il Nord America, Europa, Asia e Australia.
Nel 17° secolo iniziarono ad emergere spiegazioni scientifiche per ciò che causò l’aurora. Possibili spiegazioni includevano l’aria dell’atmosfera terrestre che sale dall’ombra della Terra per diventare illuminata dal sole (Galileo nel 1619) e riflessi di luce dai cristalli di ghiaccio ad alta quota.
Nel 1716, l’astronomo inglese Edmund Halley fu il primo a suggerire una possibile connessione con il campo magnetico terrestre. Nel 1731, un filosofo francese di nome Jean-Jacques d’Ortous de Mairan notò una coincidenza tra il numero di macchie solari e l’aurora. Ha proposto che l’aurora fosse collegata all’atmosfera del Sole.
Fu qui che la connessione tra l’attività sul Sole fu collegata con le aurore qui sulla Terra, dando origine alle aree della scienza ora chiamate “eliofisica” e “meteo spaziale“.
Il campo magnetico terrestre come trappola di particelle
La fonte più comune di aurora sono le particelle che viaggiano all’interno della magnetosfera terrestre, la regione dello spazio occupata dal campo magnetico naturale della Terra.
Le immagini della magnetosfera terrestre mostrano tipicamente come la “bolla” del campo magnetico protegga la Terra dalle radiazioni spaziali e respinga la maggior parte dei disturbi del vento solare. Tuttavia, ciò che normalmente non viene evidenziato è il fatto che il campo magnetico terrestre contiene una propria popolazione di particelle elettricamente cariche (o “plasma”).
La magnetosfera è composta da particelle cariche che sono sfuggite dall’alta atmosfera terrestre e particelle cariche che sono entrate dal vento solare. Entrambi i tipi di particelle sono intrappolati nel campo magnetico terrestre.
I movimenti delle particelle elettricamente cariche sono controllati da campi elettrici e magnetici. Le particelle cariche ruotano attorno alle linee del campo magnetico, quindi se viste su larga scala le linee del campo magnetico agiscono come “condutture” per le particelle cariche in un plasma.
Il campo magnetico terrestre è simile a un campo magnetico standard “a dipolo”, con linee di campo che si raggruppano vicino ai poli. Questo raggruppamento di linee di campo in realtà altera le traiettorie delle particelle, facendole effettivamente girare per tornare indietro nel modo in cui sono venute, in un processo chiamato “rispecchiamento magnetico“.
La magnetosfera terrestre in un turbolento vento solare
In condizioni di quiete e stabilità, la maggior parte delle particelle nella magnetosfera rimane intrappolata, rimbalzando felicemente tra i poli magnetici sud e nord nello spazio. Tuttavia, se un disturbo nel vento solare (come un’espulsione di massa coronale) dà alla magnetosfera un “colpo”, viene disturbato.
Le particelle intrappolate vengono accelerate e le “condutture” del campo magnetico cambiano improvvisamente. Le particelle che rimbalzavano felicemente tra nord e sud ora hanno la loro posizione di rimbalzo spostata ad altitudini inferiori, dove l’atmosfera terrestre diventa più densa.
Di conseguenza, è probabile che le particelle cariche ora entrino in collisione con le particelle atmosferiche mentre raggiungono le regioni polari. Questo si chiama “precipitazione delle particelle“. Quindi, quando si verifica ogni collisione, l’energia viene trasferita alle particelle atmosferiche, eccitandole. Una volta che si rilassano, emettono la luce che forma la bellissima aurora che vediamo.
Tende, colori e macchine fotografiche
Gli incredibili spettacoli di aurora che danzano nel cielo sono il risultato delle complesse interazioni tra il vento solare e la magnetosfera.
Le aurore che appaiono, scompaiono, si illuminano e formano strutture come tende, turbinii, steccati e onde che viaggiano sono tutte rappresentazioni visive delle dinamiche invisibili e in continua evoluzione nella magnetosfera terrestre mentre interagisce con il vento solare.
L’aurora è disponibile in tutti i colori.
I più comuni sono i verdi e i rossi, entrambi emessi dall’ossigeno nell’alta atmosfera. Le aurore verdi corrispondono ad altitudini vicine ai 100 km, mentre le aurore rosse sono più in alto, oltre i 200 km.
I colori blu sono emessi dall’azoto, che può anche emettere dei rossi. Una gamma di rosa, viola e persino luce bianca è possibile anche grazie a una miscela di queste emissioni.
L’aurora è più brillante nelle fotografie perché i sensori della fotocamera sono più sensibili dell’occhio umano. In particolare, i nostri occhi sono meno sensibili al colore di notte. Tuttavia, se l’aurora è abbastanza luminosa può essere uno spettacolo ad occhio nudo.
Dove e quando vederla?
Anche in condizioni meteorologiche spaziali tranquille, l’aurora può essere molto prominente alle alte latitudini, come in Alaska, Canada, Scandinavia e Antartide. Quando si verifica un disturbo meteorologico spaziale, le aurore possono migrare a latitudini molto più basse per diventare visibili attraverso gli Stati Uniti continentali, l‘Europa centrale e persino l’Australia meridionale e continentale.
La gravità dell’evento meteorologico spaziale in genere controlla la gamma di luoghi in cui l’aurora è visibile. Gli eventi più forti sono i più rari.
Quindi, se sei interessato a cacciare le aurore, tieni d’occhio le previsioni meteorologiche spaziali locali (Stati Uniti, Australia, Regno Unito, Sud Africa ed Europa). Ci sono anche numerosi esperti di meteorologia spaziale sui social media e persino progetti di citizen science per la caccia all’aurora (come Aurorasaurus) a cui puoi contribuire!
Esci e assisti a una delle vere bellezze naturali della natura: l’aurora, la porta della Terra verso i cieli.
Autore
Brett Carter, RMIT University, Elizabeth A. MacDonald, NASA
