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-verdeazzurro, 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
