Le aurore della Terra si formano quando le particelle cariche della magnetosfera colpiscono le molecole nell'atmosfera, energizzandoli o addirittura ionizzandoli. Quando le molecole si rilassano allo stato fondamentale, emettono un fotone di luce visibile in un colore caratteristico. Queste particelle in collisione, in gran parte elettroni, sono accelerate da campi elettrici localizzati paralleli al campo magnetico locale che si verificano in una regione che copre diversi raggi terrestri.

La prova di questi campi elettrici è stata fornita da missioni di razzi sonda e astronavi risalenti agli anni '60, ancora nessun meccanismo di formazione definitivo è stato accettato. Per discriminare correttamente tra una serie di ipotesi, i ricercatori hanno bisogno di una migliore comprensione della distribuzione spaziale e temporale e dell'evoluzione di questi campi. Quando la missione Cluster dell'Agenzia spaziale europea (ESA) ha abbassato il suo perigeo nel 2008, queste osservazioni sono diventate possibili.

Cluster è costituito da quattro veicoli spaziali identici, volando con distacchi che possono variare da decine di chilometri a decine di migliaia. Le osservazioni simultanee tra i quattro veicoli consentono ai fisici spaziali di dedurre la struttura 3D del campo elettrico.

Marklund e Lindqvist raccolgono e riassumono i contributi di Cluster alla nostra comprensione della regione di accelerazione aurorale (AAR), l'area dello spazio in cui avvengono i processi sopra descritti.

Raccogliendo un gran numero di transiti di Cluster attraverso questa regione, i fisici hanno dedotto che l'AAR può generalmente essere trovato da qualche parte tra 1 e 4,4 raggi terrestri sopra la superficie, con la maggior parte dell'accelerazione che si verifica nel terzo inferiore. Nonostante questa "RAA statistica" relativamente ampia, " la regione di accelerazione in un dato momento è solitamente sottile; in un'osservazione, Per esempio, l'AAR è stato limitato a un intervallo di altitudine di 0,4 raggio terrestre, mentre lo strato effettivo era probabilmente molto più sottile di quello. Le osservazioni non possono determinare in modo univoco lo spessore dello strato effettivo, che potrebbe essere piccolo come l'ordine di 1 chilometro, dicono gli autori. Si osserva che tali strutture rimangono stabili per minuti alla volta.

Le misurazioni dei cluster hanno anche fatto luce sulla connessione tra la forma osservata del potenziale di accelerazione degli elettroni e l'ambiente del plasma sottostante. I cosiddetti potenziali a forma di S sorgono in presenza di brusche transizioni di densità del plasma, mentre quelli a forma di U sono legati a confini più diffusi. Però, la natura dinamica del plasma spaziale significa che la morfologia di un confine può spostarsi su scale temporali di minuti, come esemplificato da un caso di studio.

Insomma, 2 decenni di osservazioni di Cluster hanno notevolmente migliorato la nostra comprensione dei processi, sia locali che ampi, che determinano le bellissime aurore del nostro pianeta. Con le missioni prorogate fino al 2022, possiamo aspettarci maggiori informazioni nei prossimi anni.

Questa storia è ripubblicata per gentile concessione di Eos, ospitato dall'American Geophysical Union. Leggi la storia originale qui.