In località come
Fairbanks,in Alaska o Tromsö,in Norvegia,le aurore polari non sono
affatto rare.I loro luminosi e brillanti archi appaiono associati con
forti correnti elettriche che collegano la Terra allo spazio. A
differenza delle correnti ad anello, tali correnti sono dovute a
differenze di potenziale.Nello spazio queste correnti fluiscono più
facilmente lungo le linee di campo magnetico,poiché le particelle
che le trasportano (soprattutto elettroni) tendono a stare vicino a
queste linee. Alcune si muovono dallo spazio verso la Terra,altre
dalla Terra verso lo spazio, e vicino alla Terra il loro circuito è
completato da uno strato nell'alta atmosfera che conduce bene
l'elettricità, lo strato E della ionosfera della Terra, posta
a circa 125 km di distanza dal suolo. Le correnti non raggiungono il
terreno perché l'aria negli strati più bassi è un ottimo isolante.
Lo
spettacolare fenomeno delle aurore nasce dalle interazioni
fra campo magnetico terrestre e vento solare, che danno origine a una sorta di gigantesco generatore.
Alcuni
dei primi osservatori delle aurore boreali ritenevano che queste
spettacolari manifestazioni luminose visibili nel cielo delle
regioni polari fossero dovute alla rifrazione della luce solare da
parte dell'atmosfera, con un meccanismo analogo a quello con cui si
forma l'arcobaleno. Secondo le loro ipotesi, le pieghe scintillanti
erano causate dai moti atmosferici.
Il
movimento dei «drappeggi» aurorali è provocato non dalla
turbolenza atmosferica, ma da variazioni dei campi
elettromagnetici che accelerano gli elettroni.
La
natura geomagnetica dell'aurora può essere osservata
chiaramente dallo spazio: centrato su ciascuno dei poli
geomagnetici vi è un grande ovale luminoso (l'aurora
boreale in corrispondenza del Polo nord e quella australe in
corrispondenza del Polo sud), una caratteristica permanente del
nostro pianeta.
Poiché
le aurore possono interferire notevolmente con le
comunicazioni radio normali e con quelle via satellite, oltre
che con le linee elettriche e con alcuni sistemi di difesa, la
capacità di prevedere l'intensità aurorale diviene sempre più
importante via via che le attività umane si estendono alle
regioni polari e allo spazio.
La
comprensione del meccanismo di formazione dell'aurora è stata
possibile grazie a una rivoluzione nelle conoscenze
scientifiche sull'ambiente magnetico della Terra.
Il
vento solare confina il campo magnetico terrestre in un
volume di forma simile a una cometa, la magnetosfera.
Sul lato rivolto al Sole il vento solare comprime la
magnetosfera fino a una distanza dalla Terra pari a circa 10
volte il raggio terrestre. Sul lato opposto la magnetosfera
è confinata in una struttura a forma di manica a vento, la
coda magnetosferica, che si estende per più di 1000
volte il raggio terrestre. La magnetosfera contiene plasmi
rarefatti di densità e temperature diverse, derivanti dal
vento solare e dalla ionosfera.
Per decenni
gli scienziati hanno pensato che le aurore fossero più
frequenti quando il sole è in uno stato “tempestoso”,
emettendo grandi quantità di materia.
Spesso è facile osservare tali condizioni sulla superficie
del Sole in coincidenza con l’apparizione delle aurore
nelle regioni polari della Terra.
La
maggior parte dei manuali spiegano che le aurore si verificano
quando le particelle provenienti dal Sole fluiscono nelle
regioni polari della Terra, guidate dalle linee convergenti
del campo magnetico terrestre.
Ma
ciò è vero solo in parte.
Hanns Alfven ha
utilizzato una descrizione più dettagliata del vento solare e
della magnetosfera per dimostrare che le correnti non
vengono dal sole ma dalla coda magnetica della Terra e ciò
fu confermato dai dati del satellite Explorer 12, nel 1974.
Le
tempeste solari,o
gli altri disturbi dal vento solare, creano instabilità
nella coda magnetosferica della Terra.
Questa, simile alla coda di una cometa, letteralmente
ondeggia come una bandiera quando è colpita dalle raffiche
di vento solare. Queste instabilità spesso comportano lo
stiramento e la riconnessione delle linee di campo della
coda come un elastico che si rompe quando è troppo disteso.
A
causa di ciò l’energia viene trasferita al moto delle
particelle cariche in questa regione. Gli
ioni positivi e gli elettroni, avendo carica elettrica
opposta, sono deflessi in direzioni opposte (secondo la
familiare regola della mano destra) e generano una corrente
elettrica, collidendo
con gli atomi di ossigeno e azoto e producendo così la luce
aurorale.
In
effetti l'intera magnetopausa costituisce un gigantesco
generatore che trasforma l'energia cinetica delle particelle
del vento solare in energia elettrica, con una produzione
di più di un milione di megawatt. Questo meccanismo
alimentato dall'interazione fra vento solare e magnetosfera è
il «generatore aurorale».
La
luminosità aurorale si manifesta allorquando i fasci di
elettroni in arrivo subiscono collisioni di alta energia con
la ionosfera, eccitando o ionizzando atomi e dissociando
molecole (con la formazione di altri atomi allo stato
eccitato). Gli atomi eccitati e quelli ionizzati emettono
radiazione in un ampio intervallo spettrale
(dall'ultravioletto estremo all'infrarosso) via via che gli
atomi eccitati ritornano a livelli di energia più bassi e
gli ioni si combinano con elettroni liberi.
L'emissione
aurorale più comune è una luce verde-biancastra con
una lunghezza d'onda di 557,7 nanometri, che è emessa da atomi
di ossigeno. Una bella emissione rosa è prodotta
da molecole eccitate di azoto. Diversi atomi e
molecole presenti nella ionosfera danno origine a emissioni
aurorali alle lunghezze d'onda dell'estremo ultravioletto,
dell'ultravioletto e dell'infrarosso, che non possono essere
osservate da terra perché
vengono assorbite dall'atmosfera.
Immagini
di emissioni nell'estremo ultravioletto, ottenute dal
satellite svedese Viking, mostrano che l'aurora è
sorprendentemente attiva sul lato illuminato dal Sole,
spesso di più che sul
lato opposto.
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Il Sole influenza la magnetosfera
Ovale aurorale
Ovale aurorale eccezionale
Evoluzione di un ovale aurorale
Il fenomeno della riconnessione(animazione)
Dal Sole alla Terra (animazione)
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