Oggi queste luci le chiamiamo “aurora boreale” nell’emisfero settentrionale, e aurora australe nell’emisfero meridionale. Inoltre, sappiamo che le aurore sono causate da particelle cariche provenienti dalla magnetosfera terrestre e che il vento solare si scontra con altre particelle nell’atmosfera della Terra. Quelle collisioni eccitano le particelle atmosferiche, che poi rilasciano la luce mentre “si rilassano” nel loro stato non eccitato.
Il colore della luce corrisponde al rilascio di discreti livelli 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 esposizioni aurorali è legata all’attività sul Sole che segue un ciclo di 11 anni. Attualmente, ci stiamo avvicinando al prossimo periodo di massimo esposizione, che è previsto nel 2025.
Le spiegazioni scientifiche dell’aurora
Nel XVII secolo, alcuni illustri esperti hanno dato una spiegazione scientifica dell’aurora: le possibili spiegazioni includevano l’aria proveniente dall’atmosfera terrestre che saliva dalla Terra per essere illuminata dal sole (Galileo nel 1619) e i riflessi di luce che derivavano dai cristalli di ghiaccio ad alta quota (Cartesio 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 connessa con l’atmosfera del Sole.
L’attività del Sole
Fu qui che la connessione tra l’attività sul Sole fu collegata alle aurore sulla Terra, dando origine ai concetti scientifici attualmente chiamati “eliofisi” e “tempo spaziale“. Il campo magnetico terrestre è stato pensato come trappola di particelle. La fonte più comune di aurora è costituita da 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 il campo magnetico si comporta come una “bolla” che protegge la Terra dalla radiazione spaziale e respinge la maggior parte dei disturbi nel vento solare. Tuttavia, ciò che normalmente non viene evidenziato è il fatto che il campo magnetico terrestre contiene una propria popolazione di particelle cariche elettricamente (o “plasma“).
Il campo magnetico solare
I moti delle particelle cariche elettricamente 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 che si connette a uno dei poli terrestri, con le linee del campo magnetico che vi convergono. Questo raggruppamento di linee di campo in realtà altera le traiettorie delle particelle, che creano degli effetti simili a delle girandole per tornare indietro nel modo in cui sono venuti, in un processo chiamato “mirroring magnetico” che fa rimbalzare le particelle cariche tra i poli.
La magnetosfera terrestre e il vento solare
In condizioni di quiete e stabilità, la maggior parte delle particelle nella magnetosfera rimane intrappolata, rimbalzando felicemente tra i poli magnetici. Tuttavia, se un disturbo nel vento solare (come un’espulsione di massa coronale) dà alla magnetosfera un “colpo“, il fenomeno ne risulta disturbato. Le particelle intrappolate vengono accelerate e il campo magnetico cambia improvvisamente. Le particelle che rimbalzavano tra nord e sud si collocano a quote più basse, dove l’atmosfera terrestre diventa più densa.
Di conseguenza, le particelle cariche sono in grado di collidere con le particelle atmosferiche mentre raggiungono le regioni polari. Questa è chiamata “precipitazione di 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 bella aurora che vediamo.
Uno spettacolo di colori
Le spettacolari aurore che danzano nel cielo sono il risultato di complesse interazioni tra il vento solare e la magnetosfera. L’aurora che appare, scompare, illumina e forma strutture come tende, vortici, steccati e onde viaggianti sono tutte rappresentazioni visive delle invisibili dinamiche in continua evoluzione della magnetosfera terrestre mentre interagisce con il vento solare.
I più comuni sono i verdi e rossi, che sono entrambi emessi dall’ossigeno nell’atmosfera superiore. Le aurore verdi corrispondono ad altitudini vicine ai 100 km, mentre le aurore rosse sono più alte, sopra i 200 km. I colori blu sono emessi dall’azoto – che può anche emettere alcuni rossi. Una gamma di rosa, viola e anche luce bianca sono anche possibili a causa di 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 brillante può essere piuttosto uno spettacolo a occhio nudo.
Dove e quando?
Anche in condizioni meteorologiche tranquille, l’aurora può essere molto prominente alle alte latitudini, come in Alaska, Canada, Scandinavia e Antartide. Quando si verifica un disturbo del tempo spaziale, le aurore possono migrare a latitudini molto più basse per diventare visibili anche dagli Stati Uniti continentali, dall’Europa centrale e persino l’Australia meridionale e continentale.
La gravità dell’evento meteorologico spaziale controlla tipicamente la gamma di luoghi in cui l’aurora è visibile. Gli eventi più forti sono i più rari. Quindi, se siete a caccia di aurore, tenete d’occhio le previsioni meteorologiche spaziali locali nelle aree interessate dalle aurore (Stati Uniti, Australia, Regno Unito, Sud Africa e Nord Europa).
