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All'origine delle aurore theta

All'origine delle aurore theta
Credit: ESA/NASA/SOHO/LASCO/EIT

Le aurore sono una delle manifestazioni visibili degli effetti del Sole sulla Terra. Nonostante siano fenomeni tipici delle alte latitudini, sono note in tutto il mondo per l'incredibile spettacolo che offrono.

Sono tipiche dei poli e delle alte latitudini del nostro pianeta ma sono state osservate anche su altri pianeti del nostro Sistema Solare e probabilmente caratterizzano anche altri mondi lontani.

Si formano a causa dell'interazione delle particelle cariche provenienti dal Sole con la ionosfera terrestre, ossia la fascia di atmosfera compresa tra 100 e 500 chilometri di quota.
Protoni ed elettroni arrivano con il vento solare: parte di essi "scivolano" sulla magnetosfera e proseguono oltre, altri riescono a penetrare fino alla ionosfera nel punto in cui il nostro campo magnetico è più forte, ossia ai poli. Questa interazione eccita le particelle cariche degli strati superiori dell'atmosfera terrestre che si “accendono” per ionizzazione: lo scambio di elettroni tra gli atomi genera energia sotto forma di fotoni nello spettro visibile, ossia luce. I diversi colori che vediamo dipendono poi dai gas interessati dal processo: ognuno risponde ad una caratteristica lunghezza d'onda e quindi produce un colore specifico.

Aurora Theta - Credit: NASA/R. Fear et al (2014)Ma c'è un particolare tipo di aurora, sulla cui origine ancora si discute: è chiamata "aurora Theta" perché vista dall'alto sembra disegnare la lettera greca "theta" (una "O" tagliata in orizzontale al centro) e si forma a volte più vicino ai poli rispetto aurore normali.

L'argomento è stato approfondito in uno studio pubblicato il 19 dicembre sulla rivista Science.

Direct observation of closed magnetic flux trapped in the high-latitude magnetosphere [abstract]

The structure of Earth’s magnetosphere is poorly understood when the interplanetary magnetic field is northward. Under this condition, uncharacteristically energetic plasma is observed in the magnetotail lobes, which is not expected in the textbook model of the magnetosphere. Using satellite observations, we show that these lobe plasma signatures occur on high-latitude magnetic field lines that have been closed by the fundamental plasma process of magnetic reconnection. Previously, it has been suggested that closed flux can become trapped in the lobe and that this plasma-trapping process could explain another poorly understood phenomenon: the presence of auroras at extremely high latitudes, called transpolar arcs. Observations of the aurora at the same time as the lobe plasma signatures reveal the presence of a transpolar arc. The excellent correspondence between the transpolar arc and the trapped closed flux at high altitudes provides very strong evidence of the trapping mechanism as the cause of transpolar arcs.

Anche se separati da 150 milioni di chilometri, il Sole e la Terra sono collegati dal vento solare, un plasma di particelle cariche che viaggia attraverso il Sistema Solare, trasportando con sé parte del campo magnetico del Sole. A seconda di come questo campo magnetico interplanetario è allineato rispetto al campo magnetico terrestre, nel punto di incontro può avvenire una riconfigurazione della struttura. Il riallineamento può far incanalare il vento solare nella magnetosfera terrestre e questo è ciò che causa l'aurora.
L'interazione con gli atomi di ossigeno si traduce nel colore verde e più raramente nel rosso, mentre gli atomi di azoto producono il colore blu e viola. Normalmente lo spettacolo si manifesta tra i 65 e i 70 gradi nord e a sud dell'equatore. Ma quando il campo magnetico interplanetario punta verso nord, le aurore si possono verificare a latitudini ancora più elevate ed questa la circostanza in cui si formano anche le aurore Theta.

Prima dei recenti risultati, gli scienziati sospettavano che le aurore Theta avessero a che fare con le regioni a forma di lobo della nostra magnetosfera. Però, qui il plasma è normalmente freddo mentre le osservazioni suggerivano che le aurore Theta fossero collegate ad un plasma più caldo.

"Non era chiaro se questo plasma caldo era il risultato del vento solare immesso direttamente nei lobi della magnetosfera", spiega Robert Fear, dell'University of Southampton del Regno Unito, autore principale dello studio, "o se era in qualche modo correlato al plasma sul lato notturno della Terra, dove il processo di riconnessione magnetica potrebbe provocare un accumulo di plasma più caldo intrappolato nei lobi a latitudini superiori".

Il mistero è stato finalmente risolto grazie ai dati dei satelliti Cluster dell'Agenzia Spaziale Europea ESA, lanciati nel 2000 ed ancora attivi, che operano nel lobo magnetico dell'emisfero sud, insieme con quelli della missione IMAGE (Magnetopause-to-Aurora Global Exploration) della NASA, iniziata sempre nel 2000 ma conclusa nel 2005, che avevano una vista più ampia sull'emisfero australe.

Quando i quattro satelliti Cluster avevano osservato un plasma particolarmente energetico nel lobo sud, IMAGE avevano visto le aurore Theta attraversare l'impronta magnetica di Cluster. La squadra notò che il plasma energetico apparso alle alte latitudini era legato al processo di riconnessione delle linee del campo magnetico, confermando che le aurore Theta sono dovute al plasma già intrappolato all'interno della magnetosfera più che ad un'interazione diretta con il vento solare.

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
Dal 2009 elaboro le immagini raw delle missioni spaziali insieme a Marco Faccin ed ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte.
Per lavoro mi occupo di digital advertising, web e video analytics presso Shiny (SV – Italia) ma passo la maggior parte del tempo libero su questo sito e tra i cataloghi delle foto scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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Aurora - emisfero nord - Credit: NOAA/Ovation

Aurora - emisfero sud - Credit: NOAA/Ovation

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