L’aurora polare

L'aurora polare, spesso denominata aurora boreale o australe a seconda dell'emisfero in cui si verifica, è un fenomeno ottico dell'atmosfera caratterizzato principalmente da bande luminose di colore rosso-verde-azzurro, detti archi aurorali. Le aurore possono comunque manifestarsi con un'ampia gamma di forme e colori, rapidamente mutevoli nel tempo e nello spazio. Il fenomeno è causato dall'interazione di particelle cariche (protoni ed elettroni) di origine solare (vento solare) con la ionosfera terrestre (atmosfera tra i 100-500 km). Tali particelle eccitano gli atomi dell'atmosfera che diseccitandosi in seguito emettono luce di varie lunghezze d'onda. A causa della geometria del campo magnetico terrestre, le aurore sono visibili in due ristrette fasce attorno ai poli magnetici della terra, dette ovali aurorali. Le aurore visibili ad occhio nudo sono prodotte dagli elettroni, mentre quelle diprotoni possono essere osservate solo con l'ausilio di particolari strumenti, sia da terra che dallo spazio. Le aurore sono più intense e frequenti durante periodi di intensa attività solare, periodi in cui il campo magnetico interplanetario può presentare notevoli variazioni in intensità e direzione, aumentando la possibilità di un accoppiamento (riconnessione magnetica) con il campo magnetico terrestre.

Origine e provenienza L'origine dell'aurora si trova a 149 milioni di km dalla Terra, cioè sul Sole. La comparsa di un grande gruppo di macchie solari è la prima avvisaglia di una attività espulsiva di massa coronale intensa. Le particelle energetiche emesse dal Sole viaggiano nello spazio formando il vento solare. Questo si muove attraverso lo spazio interplanetario (e quindi verso la Terra, che può raggiungere in 50 ore) con delle velocità tipicamente comprese tra i 400 e gli 800 km/s, trascinando con sé parte del campo magnetico solare (campo magnetico interplanetario). Il vento solare, interagendo con il campo magnetico terrestre detto anche magnetosfera, lo distorce creando una sorta di "bolla" magnetica, di forma simile ad una cometa. La magnetosfera terrestre funziona come uno scudo, schermando la Terra dall'impatto diretto delle particelle cariche (plasma) che compongono il vento solare. In prima approssimazione queste particelle "scivolano" lungo il bordo esterno della magnetosfera (magnetopausa) e passano oltre la Terra. In realtà, a causa di un processo noto come riconnessione magnetica (il campo magnetico interplanetario punta in direzione opposta a quello terrestre), il plasma del vento solare può penetrare dentro la magnetosfera e, dopo complessi processi di accelerazione, interagire con la ionosfera terrestre, depositando immense quantità di protoni ed elettroni nell'alta atmosfera, e dando luogo, in tal modo, al fenomeno delle aurore. È da notare che le zone artiche, possedendo una protezione magnetica minore, risultano le più esposte a questo fenomeno e spesso, per qualche giorno dopo l'evento, l'ozono si riduce circa di un cinque per cento.

Aspetto La forma di un'aurora polare è molto varia. Archi e brillanti raggi di luce iniziano a 100 km sopra la superficie terrestre e si estendono verso l'alto lungo il campo magnetico, per centinaia di chilometri. Gli archi possono essere molto sottili, anche solo 100 metri, pur estendendosi daorizzonte ad orizzonte. Possono essere quasi immobili e poi, come se una mano fosse passata su una lunga tenda, iniziare a muoversi e torcersi. Dopo la mezzanotte, l'aurora può prendere una forma a macchie e ognuna delle macchie spesso lampeggia più o meno ogni 10 secondi fino all'alba. La maggior parte della luce visibile in un'aurora è di un giallo verdognolo, ma a volte i raggi possono diventare rossi in cima e lungo il bordo inferiore. In occasioni molto rare, la luce del sole può colpire la parte superiore dei raggi creando un debole colore blu. Ancora più raramente (una volta ogni 10 anni o più) l'aurora può essere rosso sangue da cima a fondo. Oltre a produrre luce, le particelle energetiche che formano l'aurora portano calore. Questo è dissipato come radiazione infrarossa o trasportato via dai forti venti dell'alta atmosfera.

La chimica dell’aurora L'aurora è formata dall'interazione di particelle ad alta energia (in genere elettroni) con gli atomi neutri dell'alta atmosfera terrestre. Queste particelle possono eccitare (tramite collisioni) gli elettroni di valenza dell'atomo neutro. Dopo un intervallo di tempo caratteristico, tali elettroni ritornano al loro stato iniziale, emettendo fotoni (particelle di luce). Questo processo è simile alla scarica al plasma di una lampada al neon. I particolari colori di un'aurora dipendono da quali gas sono presenti nell'atmosfera, dal loro stato elettrico e dall'energia delle particelle che li colpiscono. L'ossigeno atomico è responsabile del colore verde (lunghezza d'onda 557,7 nm), e l'ossigeno molecolare per il rosso (630 nm). L'azoto causa il colore blu.

Variazioni del sole ed effetti sulla terra Il sole è una stella con alcune caratteristiche molto variabili, che cambiano con periodi che vanno da poche ore a centinaia d'anni. La direzione del campo magnetico interplanetario, e la velocità e la densità del vento solare, dipendono tutte dall'attività del Sole. Possono cambiare drasticamente in poco tempo e influenzare l'attività geomagnetica. Quando questa aumenta, il bordo meridionale dell'atmosfera boreale si muove verso sud. Anche le emissioni di materia della corona solare causano ovali aurorali più grandi. Se il campo magnetico interplanetario è rivolto in direzione opposta a quello terrestre il trasferimento di energia è più grande, e quindi le aurore sono più pronunciate. I disturbi della magnetosfera terrestre sono chiamati tempeste geomagnetiche. Esse possono produrre cambiamenti improvvisi nella forma e nel moto dell'aurora, chiamati sottotempeste aurorali. Le fluttuazioni magnetiche di tutte queste tempeste possono causare disturbi alla rete di energia elettrica, a volte facendo guastare alcuni apparecchi e causando black out estesi. Possono anche influenzare il funzionamento delleradiocomunicazioni via satellite. Le tempeste magnetiche possono durare parecchie ore o anche giorni, e sottotempeste aurorali possono avvenire molte volte al giorno.

Suoni delle aurore Suono tratto durante un fenomeno di aurora boreale. A volte, durante l'apparizione di un'aurora, si possono sentire suoni, in genere essi assomigliano a sibili, si tratta di suoni elettrofonici, un fenomeno che si può manifestare, sebbene molto più raramente, anche durante l'apparizione di bolidi. L'origine di questi suoni è ancora mal compresa, si ritiene che sia dovuta a perturbazioni del campo magnetico terrestre locale causate da un'aumentata ionizzazione dell'atmosfera sovrastante. Spesso l'ascolto di tali suoni è facilitato dalla presenza di oggetti metallici nelle immediate vicinanze del testimone. Suono tratto durante un fenomeno di aurora boreale.

Cenni storici l 28 agosto 1859, all'improvviso apparvero le misteriose luci delle aurore lungo una vasta area del territorio americano. In tutto il mondo, nei centri scientifici, la strumentazione impazzì visto che i magnetometri finirono tutti fuori scala e correnti spurie si formarono nelle linee telegrafiche.[Il giorno seguente, l'astronomo inglese Richard Christopher Carrington notò un gruppo di macchie solari di dimensioni insolitamente grandi, dal quale partiva un lampo di luce biancastra, che dopo qualche ora produsse una seconda ondata di aurore di grande intensità. Con la "Grande Aurora" del 1859 i modelli di spiegazione dei fenomeni di attività solare si innovarono rapidamente e le antiche ipotesi di lampi ad alta quota, o di luce riflessa da iceberg vennero sostituite da quelle più attinenti agli eventi solari e alla perturbazione. Tempeste di quella intensità, fortunatamente, è stimato che capitino ogni 500 anni. L'ultimo evento di un'intensità pari alla metà di quella del 1859 è accaduto nel 1960 provocando interruzioni radio in tutto il pianeta. Gli esperti ritengono che i costi di una eventuale supertempesta potrebbero essere paragonabili a quelli di un grande terremoto, sempreché manchino le opportune contromisure, come procrastinare alcune attività delicate svolte dai satelliti, spostare le rotte aeree, individuare in anticipo gli elementi vulnerabili delle reti. [4] L'attività magnetica solare, e quindi anche la formazione di macchie solari, varia ciclicamente ogni undici anni. Nel mese di gennaio del 2008 è iniziato il nuovo ciclo quindi è lecito attendersi per i prossimi anni un incremento di attività. Negli ultimi undici anni, gli studiosi hanno rilevato circa 21 mila brillamenti e 13 mila nubi di plasma fuoriusciti dalla superficie solare.