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

L'aurora polare è visibile, spesso, 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.

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.

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 a sud, fino a 40º 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 11º 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.


A volte, durante l'apparizione di un'aurora, si possono udire suoni che somigliano a sibili.
Si tratta di suoni elettro fonici, un fenomeno che si può manifestare, sebbene molto più raramente, anche durante l'apparizione di bolidi.
L'origine di questi suoni è ancora non chiara, si ritiene che sia dovuta a perturbazioni del campo magnetico terrestre locale causate da un'aumentata ionizzazione dell'atmosfera sovrastante.
Il team, proveniente dalla Aalto University, ha scoperto che i suoni prodotti dalle aurore sono udibili per l'uomo e sono prodotti ad una altezza di circa 70 metri dal suolo.