Northern Lights (Aurora borealis): cosa sono e come vederli

L'aurora boreale, o l'aurora boreale, sono bellissime onde di luce danzanti che affascinano le persone da millenni. Ma nonostante tutta la sua bellezza, questo spettacolo di luci spettacolare è un evento piuttosto violento.

Le particelle energizzate dal sole colpiscono l'alta atmosfera terrestre a velocità fino a 45 milioni di mph (72 milioni di km/h), ma il campo magnetico del nostro pianeta ci protegge dall'assalto.

Poiché il campo magnetico terrestre reindirizza le particelle verso i poli, ci sono anche le luci del sud, di cui puoi leggere di seguito il drammatico processo si trasforma in un fenomeno atmosferico cinematografico che abbaglia e affascina allo stesso modo scienziati e osservatori del cielo.

Auroras over Earth: incredibili foto dell'aurora boreale da questo Web

La storia dell'aurora boreale

Sebbene sia stato l'astronomo italiano Galileo Galilei a coniare il nome "aurora boreale" nel 1619 dopo la dea romana dell'alba, Aurora, e il dio greco del vento del nord, Borea la prima testimonianza sospetta dell'aurora boreale si trova in 30.000 anni -vecchia pittura rupestre in Francia (si apre in una nuova scheda) .

Da allora, le civiltà di tutto il mondo si sono meravigliate del fenomeno celeste, attribuendo alle luci danzanti ogni sorta di miti sull'origine. Una leggenda Inuit nordamericana (si apre in una nuova scheda) suggerisce che l'aurora boreale siano spiriti che giocano a palla con una testa di tricheco, mentre i Vichinghi pensavano che il fenomeno fosse riflesso dalla luce sull'armatura delle Valchirie, le fanciulle soprannaturali che portarono i guerrieri nell'aldilà .

I primi astronomi hanno anche menzionato l'aurora boreale nei loro documenti. Un astronomo reale sotto il re di Babilonia Nabucodonosor II ha scritto il suo rapporto del fenomeno su una tavoletta datata 567 a.C., ad esempio, mentre un rapporto cinese del 193 a.C. rileva anche l'aurora, secondo la NASA (si apre in una nuova scheda).

La scienza dietro l'aurora boreale non è stata teorizzata fino all'inizio del XX secolo. Lo scienziato norvegese Kristian Birkeland ha proposto che gli elettroni emessi dalle macchie solari producano le luci atmosferiche dopo essere stati guidati verso i poli dal campo magnetico terrestre. La teoria alla fine si sarebbe rivelata corretta, ma non molto tempo dopo la morte di Birkeland nel 1917.

Un'aurora verde lime brilla sopra le luci della città terrestre in questa vista dall'International This Web Station. Al momento in cui è stata scattata questa foto, la stazione This Web orbitava a circa 415 chilometri sopra la Russia e l'Ucraina. Una parte del pannello solare di questa stazione Web è visibile nell'angolo in alto a sinistra dell'immagine. (Credito immagine: NASA)

Cosa sono le aurore boreali?

In un dato momento, il sole espelle particelle cariche dalla sua corona, o atmosfera superiore, creando quello che viene chiamato vento solare . Quando quel vento colpisce la ionosfera terrestre , o atmosfera superiore, nasce l'aurora. Nell'emisfero boreale il fenomeno è chiamato aurora boreale (aurora boreale), mentre nell'emisfero australe è chiamato aurora boreale (aurora australis).

"Queste particelle vengono deviate verso i poli della Terra dal campo magnetico del nostro pianeta e interagiscono con la nostra atmosfera, depositando energia e provocando la fluorescenza dell'atmosfera", ha affermato l'astronomo Billy Teets, direttore del Dyer Observatory presso la Vanderbilt University di Nashville, nel Tennessee.

I colori brillanti dell'aurora boreale sono dettati dalla composizione chimica dell'atmosfera terrestre.

"Ogni tipo di atomo o molecola, che sia idrogeno atomico o una molecola come l'anidride carbonica, assorbe e irradia il proprio insieme unico di colori, che è analogo a come ogni essere umano ha un insieme unico di impronte digitali", ha detto Teets a This Web. com. "Alcuni dei colori dominanti visti nelle aurore sono il rosso, una tonalità prodotta dalle molecole di azoto, e il verde, che è prodotto dalle molecole di ossigeno".

Mentre il vento solare è costante, le emissioni del sole attraversano un ciclo di attività di circa 11 anni. A volte c'è una tregua, ma altre volte ci sono vaste tempeste che bombardano la Terra con quantità estreme di energia. Questo è il momento in cui l'aurora boreale è più luminosa e frequente. L'ultimo massimo solare, o periodo di picco di attività, si è verificato nel 2014, secondo la US National Oceanic and Atmospheric Administration (opens in new tab) (NOAA), collocando il prossimo nel 2025 circa.

Nonostante i numerosi progressi nell'eliofisica e nella scienza dell'atmosfera, molto sull'aurora boreale rimane un mistero. Ad esempio, i ricercatori non erano del tutto sicuri di come le particelle energizzate nel vento solare venissero accelerate alle loro velocità straordinarie (45 milioni di mph) fino a giugno 2021, quando uno studio pubblicato sulla rivista Nature Communications (si apre in una nuova scheda) ha confermato che un fenomeno chiamato onde di Alfvn ha dato una spinta alle particelle. Le onde Alfvn sono ondulazioni a bassa frequenza ma potenti che si verificano nel plasma a causa delle forze elettromagnetiche; gli elettroni che creano l'aurora boreale "navigano" lungo queste onde nell'atmosfera terrestre, accelerando rapidamente.

La NASA è anche alla ricerca di indizi su come funziona l'aurora boreale. Nel 2018, l'agenzia This Web ha lanciato la Parker Solar Probe , che attualmente è in orbita attorno al sole e alla fine si avvicinerà abbastanza da "toccare" la corona. Mentre è lì, This Webcraft raccoglierà informazioni che potrebbero rivelare di più sull'aurora boreale.

Le aurore si vedono meglio durante l'inverno, quando le notti sono lunghe. Ore di pazienza del fotografo Daniele Boffelli hanno portato a questa immagine che cattura sia le nuvole che le aurore nel cielo notturno. (Credito immagine: Daniele Boffelli) (si apre in una nuova scheda)

Aurora boreale, aurora boreale e STEVE

Sulla Terra, la controparte dell'aurora boreale nell'emisfero australe è l'aurora boreale, sono fisicamente le stesse e differiscono solo per la loro posizione. Pertanto, gli scienziati si aspettano che si verifichino simultaneamente durante una tempesta solare, ma a volte l'inizio di uno è in ritardo rispetto all'altro.

"Uno degli aspetti più impegnativi delle aurore notturne riguarda il confronto tra l'aurora boreale e l'aurora australis", ha affermato Steven Petrinec, fisico della società aeroThis Web Lockheed Martin, specializzata in fisica magnetosferica ed eliosferica.

"Mentre alcune emissioni aurorali si verificano in entrambi gli emisferi alla stessa ora magnetica locale, altre emissioni compaiono in settori opposti nei due emisferi in momenti diversi, ad esempio prima della mezzanotte nell'emisfero settentrionale e dopo la mezzanotte nell'emisfero meridionale", Petrinec detto a questo Web.com.

L' asimmetria emisferica dell'aurora (si apre in una nuova scheda) è dovuta in parte al campo magnetico del sole che interferisce con il campo magnetico terrestre, ma la ricerca sul fenomeno è in corso.

Un altro evento simile a un'aurora sulla Terra è STEVE ("Strong Thermal Emission Velocity Enhancement"). Come l'aurora boreale e meridionale, STEVE è un fenomeno atmosferico luminoso, ma sembra leggermente diverso dalle sue controparti aurorali ondulate. "Queste emissioni appaiono come un arco stretto e distinto, sono tipicamente di colore viola e spesso includono una struttura di staccionata verde che si sposta lentamente verso ovest", ha detto Petrinec.

STEVE è visibile anche da latitudini più basse, più vicine all'equatore, rispetto alle aurore.

Uno studio del 2019 pubblicato sulla rivista Geophysical Research Letters (opens in new tab) ha scoperto che STEVE è il risultato di due meccanismi: le striature color malva sono causate dal riscaldamento delle particelle cariche nell'alta atmosfera, mentre la struttura a picchetti risulta da elettroni che cadono nell'atmosfera. Quest'ultimo processo è lo stesso motore dell'aurora, rendendo STEVE un tipo speciale di ibrido dell'aurora.

Aurora su altri mondi

Le aurore si verificano anche su altri pianeti, tutto ciò che è necessario per creare un'aurora è un'atmosfera e un campo magnetico.

"Le aurore sono state viste nell'atmosfera di tutti i pianeti giganti gassosi, il che non sorprende, dal momento che questi pianeti hanno tutti campi magnetici robusti", ha affermato Jeff Regester, istruttore di fisica e astronomia presso la High Point University nella Carolina del Nord. "Più sorprendentemente, le aurore sono state scoperte sia su Venere che su Marte, che hanno entrambi campi magnetici molto deboli".

In effetti, gli scienziati hanno catalogato tre diversi tipi di aurore marziane. Uno si verifica solo sul lato diurno del pianeta, un altro è una caratteristica notturna diffusa alimentata da forti tempeste solari e un altro è un fenomeno notturno molto più irregolare.

L'orbiter Hope Mars, la prima missione interplanetaria degli Emirati Arabi Uniti, è riuscito a catturare l'aurora notturna discreta poco dopo l'arrivo sul Pianeta Rosso all'inizio del 2021. Le osservazioni della sonda potrebbero aiutare gli scienziati a comprendere meglio questo fenomeno misterioso.

Il campo magnetico di Giove è 20.000 volte più forte di quello della Terra, quindi le aurore del pianeta gigante sono molto più luminose di quelle che brillano nei nostri cieli. E le luci di Giove non sono guidate solo dal vento solare: la maggior parte delle particelle che causano le aurore del pianeta vengono lanciate in questa rete dalla sua luna in orbita stretta Io, il corpo più vulcanico del sistema solare.

Gli astronomi hanno persino intravisto un'apparente attività aurorale in altri sistemi solari. Ad esempio, due studi dell'ottobre 2021 hanno riportato il rilevamento di onde radio emesse da più nane rosse, stelle più piccole e più fioche del nostro sole.

Queste onde radio sono probabilmente associate a una sorta di aurora "arretrata", che si accende vicino alle stelle ed è guidata da particelle rilasciate da pianeti in orbita ravvicinata, hanno detto i ricercatori.

"Il nostro modello per questa emissione radio dalle nostre stelle è una versione ingrandita di Giove e Io, con un pianeta avvolto nel campo magnetico di una stella, che alimenta materiale in vaste correnti che allo stesso modo alimentano aurore luminose", Joseph Callingham, una radio astronomo dell'Università di Leiden nei Paesi Bassi e dell'Osservatorio nazionale olandese ASTRON e coautore di entrambi i nuovi studi, ha affermato in una nota (si apre in una nuova scheda). "È uno spettacolo che ha attirato la nostra attenzione da anni luce di distanza".

Questi pianeti alimentatori rimangono al momento ipotetici; nessuno ha ancora scoperto alcuna nana rossa in cerchio che il team ha studiato. Ma se Callingham e i suoi colleghi hanno ragione, gli astronomi potrebbero avere a loro disposizione una nuova potente tecnica di caccia ai pianeti.

Le aurore dovrebbero essere relativamente comuni anche nei cieli degli esopianeti. Ma dovremo guardare meglio questi mondi lontani per vedere direttamente i loro spettacoli di luce.

Dove e quando vedere l'aurora boreale

Vedere l'aurora boreale con i propri occhi è un elemento della lista dei desideri sia per gli amanti dell'astronomia che per i viaggiatori. Fortunatamente, si verificano frequentemente.

"L'aurora boreale si verifica 24 ore al giorno, sette giorni alla settimana, 365 giorni all'anno", ha affermato il fotografo Chad Blakely, proprietario della compagnia di tour dell'aurora boreale Lights Over Lapland (si apre in una nuova scheda). Ma ciò non significa che siano facili da individuare; devi essere nel posto giusto al momento giusto.

Il posto migliore per vedere l'aurora boreale è qualsiasi destinazione nella "zona aurorale", l'area entro un raggio di circa 1.550 miglia (2.500 chilometri) dal Polo Nord, secondo il Troms Geophysical Observatory (si apre in una nuova scheda) in Norvegia . È qui che si verifica più frequentemente l'aurora, anche se il fenomeno può insinuarsi più a sud durante tempeste solari particolarmente forti.

Nel marzo 1989, ad esempio, una potente eruzione solare ha reso visibile l'aurora boreale, anche se brevemente, a persone fino all'Honduras. (Ci sono state anche alcune conseguenze negative, tuttavia: la tempesta geomagnetica che ha sovralimentato l'aurora ha anche interrotto temporaneamente l'elettricità in tutta la provincia canadese del Quebec.)

All'interno della zona aurorale, è meglio essere il più lontano possibile dalle luci della città per massimizzare la visibilità. Ma è piuttosto complicato entrare nel mezzo della natura selvaggia artica, anche con una guida, quindi è meglio basarsi in una destinazione con solide infrastrutture, come Fairbanks, in Alaska; Yellowknife, Canada; Svalbard, Norvegia; Parco Nazionale di Abisko, in Svezia; Rovaniemi, Finlandia; e praticamente ovunque in Islanda.

Il periodo migliore dell'anno per vedere l'aurora boreale è tra settembre e aprile, quando il cielo diventa abbastanza scuro per vedere l'aurora. (Le località dell'estremo nord sperimentano il sole di mezzanotte, o 24 ore di luce del giorno in estate.) La maggior parte dell'azione di solito avviene tra le 21:00 e le 3:00, secondo il Geophysical Institute dell'Università dell'Alaska Fairbanks (si apre in una nuova scheda). Tieni a mente le fasi lunari , poiché una luna piena brillante potrebbe riempire di luce il cielo notturno. Controlla anche le previsioni meteo locali, perché non sarai in grado di individuare l'aurora attraverso le nuvole.

Puoi anche monitorare le previsioni dell'aurora dal Geophysical Institute dell'Università dell'Alaska Fairbanks (si apre in una nuova scheda) e NOAA, che offre previsioni sia di tre giorni (si apre in una nuova scheda) che di 30 minuti (si apre in una nuova scheda).

Risorse addizionali

Puoi saperne di più sull'aurora boreale nella pagina dell'aurora della NASA (si apre in una nuova scheda). Questo Web Weather Prediction Center di NOAA fornisce qui una previsione dell'aurora di 30 minuti (si apre in una nuova scheda) e puoi guardare i livestream dell'aurora boreale tramite Explore.org (si apre in una nuova scheda).

Se vuoi saperne di più su Kristian Birkeland, dai un'occhiata a "The Northern Lights: The True Story of the Man Who Unlocked the Secrets of the Aurora Borealis (opens in new tab)" (Vintage, 2002), di Lucy Jago. E puoi tenerti aggiornato sulla missione della sonda solare Parker Solar Probe della NASA seguendo il suo blog (si apre in una nuova scheda).

Bibliografia

  • Barton, K. "Legends of the Northern Lights", CBC News, 10 dicembre 2019. https://newsinteractives.cbc.ca/longform/legends-of-the-northern-lights
  • Callingham J. et al. "La popolazione di nane M osservata a basse frequenze radio", Nature Astronomy, vol. 5, dicembre 2021. https://doi.org/10.1038/s41550-021-01483-0
  • NASA, "FAQ: In che modo il ciclo solare influisce sul clima terrestre?" https://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/solar-events-news/Does-the-Solar-Cycle-Affect-Earths-Climate.html
  • NASA, "La storia delle aurore", 2006. https://www.nasa.gov/mission_pages/themis/auroras/aurora_history.html
  • Nishimura Y. et al. "Firme magnetosferiche di STEVE: implicazioni per la fonte di energia magnetosferica e la coniugazione interemisferica", Geophysical Research Letters, vol. 46, Numero 11, aprile 2019. https://doi.org/10.1029/2019GL082460
  • Schroeder, JWR et al. "Misurazioni di laboratorio della fisica dell'accelerazione degli elettroni aurorali mediante onde Alfvn", Nature Communications 12, 3103, giugno 2021. https://doi.org/10.1038/s41467-021-23377-5
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