Come si formano le aurore polari

L’ispirazione per l’articolo di oggi mi è venuta dalla NASA Astronomy picture of the day (APOD). Una domanda che forse in tanti vi siete posti, alla quale cercherò di rispondere nel modo più semplice possibile.

Cosa sono le aurore polari? Per chi le ha viste in fotografie, esse rappresentano una grande curiosità, per chi le ha viste dal vivo, invece, si tratta di una delle esperienze più intense che si possano provare nella vita.

La Terra è circondata da un campo magnetico, che ha origine nel nucleo del nostro pianeta, teorizzato correttamente per la prima volta da Gauss nel 1832. Esso è molto simile ad un magnete, avente i due poli non coincidenti con il vero nord e sud geografico e inclinato di circa 11° rispetto all’asse di rotazione terrestre.

Secondo le teorie più recenti, la Terra possieda un nucleo composto da due strati, uno esterno liquido e uno interno solido. Essendo formato prevalentemente da ferro, esso è un conduttore di elettricità. Il meccanismo che sta alla base del campo magnetico terrestre è quello della dinamo ad auto-eccitazione: se una bobina di filo conduttore, in rotazione, viene immersa in un campo magnetico, quest’ultimo genera nella bobina una corrente elettrica indotta che a su volta è in grado di generare un campo magnetico. In poche parole, una volta innescato il campo magnetico iniziale con un magnete esterno, esso è in grado di auto-sostenersi fino a quando la bobina resta in movimento.

Il campo magnetico terrestre origina una magnetosfera, ovvero una specie di bolla protettiva in grado di deviare o intrappolare le particelle cariche del vento solare. Se siamo qui adesso, lo dobbiamo anche a questo scudo protettivo che ha impedito alle maggior parte delle particelle cariche di raggiungere la superficie terrestre, permettendo quindi alla vita di svilupparsi in sicurezza.

Alcune particelle del vento solare vengono deviate mentre altre rimangono intrappolate all’interno della magnetosfera e, seguendo le linee di campo magnetico, arrivano fino alla ionosfera nei pressi dei poli magnetici. Qui, le particelle ad alta energia collidono con gli atomi dell’atmosfera, eccitandone gli elettroni. Questa situazione però è instabile e, dopo un tempo caratteristico, gli elettroni degli atomi dell’atmosfera ritornano al loro stato originario, rilasciando l’energia che avevano ricevuto. La differenza di energia viene emessa come fotoni di luce, che noi vediamo di diversi colori, in base all’atomo che era stato eccitato: l’ossigeno atomico è responsabile del colore verde (lunghezza d’onda 557,7 nanometri), l’ossigeno molecolare del colore rosso (lunghezza d’onda 630 nanometri) mentre l’azoto del colore blu.

Le aurore accadono in entrambi i poli magnetici, e prendono il nome di aurore boreale e australi, rispettivamente se accadono al polo nord o al polo sud. Generalmente sono visibili ad alte latitudini, dove la protezione magnetica è inferiore, tuttavia in occasione di grandi attività solari possono essere visibili anche a latitudini più basse.

Le aurore infine non sono un fenomeno esclusivo della Terra, ma accadono anche in altri pianeti del sistema solare provvisti di campo magnetico, come Giove e Saturno.