Attraverso i secoli, l’umanità ha contemplato con ammirazione spettacoli celesti di bande luminose in movimento nei cieli notturni, conosciuti oggi come aurore: l’aurora boreale nell’emisfero settentrionale e l’aurora australe nell’emisfero sud.
Oggi comprendiamo che le aurore sono causate dalle particelle cariche della magnetosfera terrestre e dal vento solare che collidono con altre particelle nell’alta atmosfera terrestre. 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 quanto energia è stata assorbita nella collisione iniziale.
La frequenza e l’intensità delle manifestazioni aurorali sono correlate all’attività del Sole, che segue un ciclo di 11 anni. Attualmente, ci stiamo avvicinando al prossimo massimo, previsto per il 2025.
Collegamenti con il sole
Questi fenomeni hanno da tempo catturato l’attenzione di popoli in tutto il Nord America, Europa, Asia e Australia.
Nel XVII secolo, sono emerse spiegazioni scientifiche su cosa causasse l’aurora. Le possibili spiegazioni includevano l’aria dell’atmosfera terrestre che si alzava dall’ombra della Terra per essere illuminata dal Sole (Galileo nel 1619) e riflessi di luce da cristalli di ghiaccio ad alta quota (René Descartes e altri).
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. Propose che l’aurora fosse collegata all’atmosfera del Sole.
Fu qui che il legame tra l’attività del Sole e le aurore qui sulla Terra fu collegato, dando origine alle aree della scienza ora chiamate “eliogeofisica” e “meteo spaziale”.
Il campo magnetico terrestre come trappola di particelle
La fonte più comune di aurora è costituita dalle 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 protegge la Terra dalla radiazione spaziale e respinge la maggior parte delle perturbazioni nel vento solare. Tuttavia, ciò che non viene normalmente evidenziato è il fatto che il campo magnetico terrestre contiene la propria popolazione di particelle cariche elettricamente (o “plasma”).
La magnetosfera è composta da particelle cariche che sono sfuggite dall’atmosfera superiore della Terra e particelle cariche che sono entrate dal vento solare. Entrambi i tipi di particelle sono intrappolati nel campo magnetico terrestre.
I movimenti delle particelle cariche sono controllati da campi elettrici e magnetici. Le particelle cariche girano intorno alle linee del campo magnetico, quindi viste su larga scala le linee del campo magnetico agiscono come “condotti” 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 delle linee di campo in realtà altera le traiettorie delle particelle, girandole efficacemente per farle tornare indietro da dove sono venute, in un processo chiamato “riflessione magnetica”.
La magnetosfera terrestre in un vento solare turbolento
Durante condizioni tranquille e stabili, la maggior parte delle particelle nella magnetosfera rimane intrappolata, rimbalzando felicemente tra i poli magnetici sud e nord nello spazio. Tuttavia, se una perturbazione nel vento solare (come un’eiezione di massa coronale) colpisce la magnetosfera, diventa disturbata.
Le particelle intrappolate vengono accelerate e i “condotti” del campo magnetico cambiano improvvisamente. Le particelle che rimbalzavano felicemente tra nord e sud ora hanno la loro posizione di rimbalzo spostata a altitudini più basse, dove l’atmosfera terrestre diventa più densa.
Di conseguenza, le particelle cariche sono ora più propense a collidere con le particelle atmosferiche mentre raggiungono le regioni polari. Questo viene chiamato “precipitazione di particelle”. Poi, quando avviene ogni collisione, l’energia viene trasferita alle particelle atmosferiche, eccitandole. Una volta rilassate, emettono la luce che forma la bellissima aurora che vediamo.
Tende, colori e macchine fotografiche
Le incredibili manifestazioni di aurora che danzano nel cielo sono il risultato delle complesse interazioni tra il vento solare e la magnetosfera.
Aurora che appaiono, scompaiono, si illuminano e formano strutture come tende, vortici, recinzioni e onde che viaggiano sono tutte rappresentazioni visive delle dinamiche invisibili e sempre mutevoli nella magnetosfera terrestre mentre interagisce con il vento solare.
L’aurora è disponibile in tutti i colori.
I più comuni sono il verde e il rosso, entrambi emessi dall’ossigeno nell’alta atmosfera. Le aurore verdi corrispondono a altitudini vicine a 100 km, mentre le aurore rosse si trovano più in alto, oltre i 200 km.
I colori blu sono emessi dall’azoto, che può anche emettere alcuni rossi. Una gamma di tonalità rosa, viola e persino luce bianca sono possibili anche a causa di una miscela di queste emissioni.
L’aurora è più brillante nelle fotografie perché i sensori delle telecamere 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 davvero uno spettacolo anche per 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 una perturbazione del meteo spaziale, le aurore possono migrare a latitudini molto più basse diventando visibili anche negli Stati Uniti continentali, nell’Europa centrale e persino nell’Australia meridionale e continentale.
La gravità dell’evento di meteo spaziale controlla tipicamente l’ampiezza delle posizioni in cui l’aurora è visibile. Gli eventi più intensi 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).
