- La descrizione e la spiegazione del fenomeno aurorale ha messo a dura prova gli intelletti più acuti di tutti i tempi, infatti ci sono voluti più di venticinque secoli perché, a partire dalle prime ipotesi sull’origine del fenomeno, si riuscisse ad arrivare a una definizione corretta. I popoli del nordici alla vista delle aurore, hanno associato ad esse miti e leggende.I vichinghi pensavano che i suoi colori derivassero dalla luce che si rifletteva sugli scudi delle Valchirie. Esse erano le messaggere del dio Odino che arrivavano dal Walhalla in sella ai loro cavalli per designare coloro che sarebbero stati uccisi in battaglia. Una volta nel Walhalla, le Valchirie portavano corni colmi di birra agli Einherjar, i guerrieri uccisi. Gli eschimesi della Groenlandia e del nord del Canada ritenevano invece che esse rappresentassero il regno dei morti. Quando le loro luci cambiavano velocemente voleva dire che dei loro amici stavano provando a mettersi in contatto con i loro familiari in vita. Ma quali sono realmente i fenomeni fisici che stanno dietro le aurore?
La fisica delle aurore
Negli anni sessanta i fisici iniziarono a rendersi conto del fatto che il vento solare può estendere e trasportare il campo magnetico della corona fino alle frange più lontane del sistema solare, dando così origine al campo magnetico interplanetario. Questo campo magnetico può fondersi con le linee di forza del campo geomagnetico che hanno origine nelle regioni polari della Terra. Questo fenomeno, chiamato riconnessione magnetica avviene con la massima efficienza quando il campo magnetico del vento solare è orientato verso sud, ossia quando è antiparallelo al campo terrestre. La comprensione del meccanismo di formazione dell’aurora è stato possibile grazie a una rivoluzione nelle conoscenze scientifiche sul campo magnetico della Terra. Per molto tempo si è supposto che il campo magnetico terrestre fosse essenzialmente un campo di dipolo, come quello di un magnete a barra, in cui le linee di forza del campo magnetico decorrono, dal polo sud al polo nord, simmetricamente rispetto all’asse geomagnetico. Ma la Terra non è immersa nel vuoto; essa è continuamente investita dal vento solare, un plasma diluito di ioni idrogeno (protoni) e di elettroni emessi dalla corona solare.
Il vento solare confina il campo magnetico terrestre in un volume di forma simile ad una cometa, la magnetosfera. Sul lato rivolto al Sole il vento solare comprime la magnetosfera fino a una distanza dal nostro pianeta pari a circa dieci volte il raggio solare. Sul lato opposto la magnetosfera è delimitata in una struttura a forma di manica a vento, la coda magnetosferica, che si estende per di più di mille volte il raggio terrestre e contiene plasmi rarefatti di densità e temperatura diversi, derivanti dal vento solare e dalla ionosfera interagenti. Le particelle del vento solare fluiscono lungo il confine della magnetosfera, la magnetopausa, e attraversano le linee del campo magnetico riconnesse.
Gli ioni positivi e gli elettroni, avendo carica elettrica opposta, sono deflessi in direzioni opposte e generano una corrente elettrica. Questo meccanismo alimentato dall’interazione tra il vento solare e la magnetosfera è il “generatore aurorale”. Nei plasmi rarefatti permeati da linee del campo magnetico gli elettroni, a causa della forza di Lorenz, si muovono lungo traiettorie elicoidali che si avvolgono intorno alle linee di forza del campo magnetico.
Il passo della traiettoria elicoidale dell’elettrone tende a diminuire via via che l’elettrone si avvicina alla Terra, dove il campo è più intenso. Il suo moto diventa puramente circolare a quote molto superiori alla ionosfera, e a quel punto l’elettrone è riflesso verso l’alto. Tuttavia le aurore indicano che gli elettroni sono in grado di penetrare in profondità nella ionosfera.Il processo comincia quando gli elettroni delle correnti alternate formano con il campo fasci sottili, laminari. Quando nella magnetosfera viene “pompata” abbastanza energia e i fasci laminari raggiungono un’intensità sufficientemente elevata, intorno ai fasci si sviluppa un particolare campo elettrico, la cosiddetta “struttura di potenziale aurorale” a una quota compresa tra i 10 mila e i 20 mila chilometri. La regione interna alla struttura sembra suddividersi in strati aventi carica positiva e negativa, che danno origine a un campo elettrico interposto molto intenso.
Quando gli elettroni, accelerati dalla struttura di potenziale aurorale, colpiscono le molecole e gli atomi nella bassa ionosfera questi ultimi emettono delle radiazioni. Gli urti dissociano le molecole in atomi eccitati che emettono radiazioni nel campo del visibile e a varia lunghezza d’onda cui corrisponde un determinato colore, mentre ricadono a un livello energetico più basso. Comunque sembra che gli elettroni vengano accelerati verso il basso dal campo elettrico associato al doppio strato. Nel momento in cui arrivano all’estremità inferiore della struttura di potenziale aurorale essi possiedono un’energia di alcune migliaia di elettronvolt, sufficiente per farli penetrare fino a una quota dove l’atmosfera è abbastanza densa da rendere le manifestazioni aurorali visibili ad occhio nudo.
Grazie alle immagini inviateci dal telescopio Hubble, è stato possibile scoprire che si verificano aurore anche su altri pianeti del sistema solare che abbiano un’atmosfera e un campo magnetico. Sono infatti visibili degli spettacolari cerchi di luce ultravioletta, invisibili dalla Terra, su Venere, Giove, Saturno, Nettuno e Urano.
