Aurora polare

L’aurora polare, spesso denominata aurora boreale o australe a seconda che si verifichi rispettivamente nell’emisfero nord o sud, è un fenomeno ottico dell’atmosfera terrestre, caratterizzato principalmente da bande luminose di un’ampia gamma di forme e colori rapidamente mutevoli nel tempo e nello spazio, tipicamente di colore rosso-verde-azzurro, detti archi aurorali.

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 di protoni possono essere osservate solo con l’ausilio di particolari strumenti, sia da terra sia dallo spazio.

Spesso l’aurora polare è visibile anche in zone meno vicine ai poli, come la Scozia, o molte zone della penisola scandinava.

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.

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 da orizzonte 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 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 freddo. Questo è dissipato come radiazione infrarossa o trasportato via dai forti venti dell’alta atmosfera bassa.

Suoni

A volte, durante l’apparizione di un’aurora, si possono udire suoni che somigliano 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 non è ancora chiara: si ritiene che essi siano dovuti a perturbazioni del campo magnetico terrestre locale, causate da un’aumentata ionizzazione dell’atmosfera sovrastante.

Le aurore polari sono spesso accompagnate anche da emissioni radio nella banda VLF, note con il nome di «aural chorus». Poiché le frequenze di questi segnali sono dell’ordine dei kHz, quindi sono frequenze audio, essi possono essere convertiti in audio mediante l’impiego di un apposito ricevitore. Il suono ottenuto assomiglia a un coro di uccelli, da cui il nome dato a questo tipo di emissioni.

Origine o 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 un’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 del cinque per cento.

Tempeste magnetiche

Le aurore sono più intense quando sono in corso tempeste magnetiche causate da una forte attività delle macchie solari. La distribuzione dell’intensità delle aurore in altitudine mostra che si formano prevalentemente ad un’altitudine di 100 km sopra la superficie terrestre. Sono in genere visibili nelle regioni vicine ai poli, ma possono occasionalmente essere viste molto più lontano, fino a 40° di latitudine. Le particelle che si muovono verso la Terra colpiscono l’atmosfera attorno ai poli formando una specie di anello, chiamato l’ovale aurorale. Questo anello è centrato sul polo magnetico (spostato di circa 11° rispetto dal polo geografico) ed ha un diametro di 3000 km nei periodi di quiete, per poi crescere quando la magnetosfera è disturbata. Gli ovali aurorali si trovano generalmente tra 60° e 70° di latitudine nord e sud.

La fisica 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.