Per molti anni, gli scienziati presumevano che l'aurora vista intorno al polo nord fosse identica all'aurora vista intorno al polo sud. I poli sono collegati da linee di campo magnetico e i display aurorali sono causati da particelle cariche che scorrono lungo queste linee di campo. Poiché le particelle cariche seguono queste linee di campo, avrebbe senso che le aurore fossero immagini speculari l'una dell'altra.

Però, nel 2009, gli scienziati hanno scoperto che l'aurora può avere un aspetto diverso attorno al polo nord e al polo sud, compreso avere forme diverse e verificarsi in luoghi diversi - un fenomeno chiamato asimmetria.

Ora, un nuovo studio in Giornale di ricerca geofisica :fisica spaziale, una pubblicazione dell'American Geophysical Union, spiega come avviene questa asimmetria e causa le differenze nelle manifestazioni aurorali vicino ai poli della Terra. La nuova ricerca rileva che le differenze nell'aurora sono probabilmente causate dalla compressione della coda magnetica terrestre, una coda magnetica che si estende lontano dal nostro pianeta, dal vento solare e dal campo magnetico solare.

Quando il campo magnetico solare che arriva sulla Terra punta in direzione est-ovest, interagisce con il campo magnetico terrestre in modo diverso al nord e al sud. Ciò porta a un carico asimmetrico di pressione sul campo magnetico terrestre e introduce un'inclinazione nel campo magnetico terrestre sul lato notturno della Terra. L'inclinazione spiega perché l'aurora a volte può avere forme diverse e verificarsi in luoghi diversi nelle due regioni polari.

La nuova scoperta contraddice le precedenti teorie sull'asimmetria, che suggeriva che fosse causato dal distacco e dalla riconnessione delle linee del campo magnetico nella coda magnetica della Terra, un processo chiamato riconnessione della coda. Il nuovo studio rileva che, infatti, la riconnessione della coda riduce questa asimmetria.

"La ragione per cui questo è eccitante è che in precedenza abbiamo pensato che l'asimmetria nel sistema entra nella magnetosfera tramite un meccanismo chiamato riconnessione della coda, " ha detto Anders Ohma, un dottorato di ricerca candidato presso l'Università di Bergen in Norvegia, e autore principale del nuovo studio. "Ciò che questo documento mostra è che è possibile che in realtà sia il contrario:questa riconnessione nella coda magnetodinamica sta effettivamente riducendo l'asimmetria".

La nuova ricerca non solo spiega perché le luci del nord e del sud appaiono diverse nel cielo notturno, ma aiuta anche gli scienziati a comprendere meglio le interazioni tra la Terra e il Sole. Questa conoscenza è importante per prevedere con precisione la posizione e la tempistica degli eventi meteorologici spaziali, che possono creare scompiglio per le nostre reti elettriche, satelliti e astronauti nello spazio.

Un articolo correlato nella rivista Annales Geophysicae dettaglia l'asimmetria osservata durante una tempesta geomagnetica nell'agosto del 2001, e dimostra l'importanza di considerare il geospazio, o le interazioni tra il Sole e la Terra, come un sistema asimmetrico.

"Senza includere queste asimmetrie, la nostra comprensione del sistema Sole-Terra sarà lungi dall'essere completa e i modelli non saranno in grado di prevedere con precisione la posizione e la tempistica dei fenomeni geospaziali, " ha detto Nikolai Østgaard, professore e capo del Birkeland Center for Space Science presso l'Università di Bergen in Norvegia, e autore principale dello studio in Annales Geophysicae .

Generazione dell'aurora

Il nucleo terrestre genera un campo magnetico che si estende nello spazio esterno intorno al nostro pianeta, formando uno scudo magnetico chiamato magnetosfera che protegge la Terra dalle particelle cariche che si staccano dal Sole. Il Sole emette il proprio campo magnetico, chiamato campo magnetico interplanetario, o FMI, che è trasportato dal vento solare e interagisce con il campo magnetico terrestre.

In determinate condizioni, sul lato diurno della Terra, le linee del campo magnetico interplanetario del Sole e le linee del campo magnetico della Terra possono essere lacerate e incrociate, collegare il campo magnetico terrestre al FMI. Il vento solare che fluisce dal Sole sposta queste linee di campo incrociate verso il lato notturno della Terra e le allunga in una coda - chiamata coda magnetica - che si estende lontano dalla Terra.

Infine, queste linee di campo incrociate vengono separate e le linee di campo terrestre si ricongiungono con le linee di campo terrestre, e le linee di campo IMF si ricongiungono con le linee di campo IMF. Una volta chiuse le linee di campo, scattano indietro verso la Terra, accelerando le particelle vicine e causando manifestazioni aurorali nell'atmosfera superiore della Terra.

Poiché queste linee di campo potrebbero non essere le linee di campo originariamente collegate tra loro, gli scienziati pensavano che queste nuove linee di campo potessero non essere allineate simmetricamente, e potrebbe essere attorcigliato e ricollegato alla Terra in diverse posizioni nell'emisfero settentrionale e meridionale. Pensavano che fosse questa riconnessione della coda a causare le differenze nell'aurora negli emisferi nord e sud.

Ma, la nuova ricerca mostra che non è così. Il nuovo studio ha esaminato contemporaneamente più immagini di aurore asimmetriche negli emisferi nord e sud e come queste aurore si sono evolute nel tempo, così potevano vedere lo stesso fenomeno accadere più e più volte. Quindi lo hanno collegato all'attività nella coda magneto.

Il nuovo studio mostra che l'asimmetria aurorale si riduce man mano che la riconnessione della coda progredisce. Ulteriore, l'asimmetria persiste anche se si verifica poca o nessuna riconnessione. Così, il nuovo studio mostra, la riconnessione della coda non è responsabile dell'asimmetria.

Anziché, la nuova ricerca trova che sono le differenze di pressione esercitata sulla coda magnetica che causano queste differenze aurorali. La coda magnetica è costantemente schiacciata dal vento solare e dal FMI, ed è questa compressione non uniforme su di esso da direzioni diverse che sta causando le differenze nelle manifestazioni aurorali ai due poli. La spremitura dipende dall'orientamento del FMI.

"Questo studio spiega sia come si creano le asimmetrie che come vengono rimosse ed è esattamente l'opposto di quello che io e molti ricercatori abbiamo pensato, "ha detto Mike Liemohn, caporedattore di JGR-Fisica spaziale . "Perciò, questo risultato è un grosso problema".