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Le aurore, le luci del nord e del sud, sono senza dubbio gli spettacoli celesti più sorprendenti sulla Terra. Quando sei nel posto giusto al momento giusto, il cielo sopra di te diventa una tela dinamica di tende luminose che cambiano e brillano in tonalità vivaci.
In una serata tipica, il colore dominante è un verde tenue, ma nelle giuste condizioni potresti vedere anche rosso, blu, viola, giallo o persino rosa. Ogni tonalità racconta una storia sulle particelle e sui gas che la creano.
Per comprendere il motivo per cui le aurore si presentano in diversi colori, è utile comprenderne l'origine. Il sole emette continuamente un flusso di particelle ad alta energia, per lo più nuclei di idrogeno ed elio privati di elettroni, noto come vento solare. Mentre la maggior parte di questo flusso viene deviato dalla magnetosfera terrestre, una parte viene incanalata verso i poli, dove si scontra con l'atmosfera superiore e prepara il terreno per il bagliore aurorale.
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Il verde è la tonalità aurorale più comune perché la visione umana è particolarmente sensibile ad essa in condizioni di scarsa illuminazione. La luce proviene dall'ossigeno atomico eccitato, non dall'ossigeno che respiriamo. Quando le particelle ad alta energia incontrano l’ossigeno atmosferico, sollevano i suoi elettroni a livelli energetici più elevati. L'atomo eccitato emette quindi un fotone verde mentre si rilassa.
A differenza dei gas come il sodio o il neon, che ritornano allo stato fondamentale quasi istantaneamente, l’ossigeno atomico impiega circa tre quarti di secondo per diseccitarsi. Negli strati più densi e più bassi dell'atmosfera, le collisioni con altre particelle possono estinguere questo processo prima che l'atomo abbia la possibilità di brillare, limitando l'emissione verde ad altitudini di circa 60 miglia e oltre.
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Le aurore rosse sorgono sia sopra che sotto le familiari bande verdi, ciascuna con una fonte distinta. Al di sopra delle 150 miglia, l'ossigeno guida nuovamente il bagliore rosso. A queste altitudini più elevate, le collisioni sono più rare, consentendo agli atomi eccitati di trattenere la loro energia più a lungo. Dopo una breve pausa, rilasciano un fotone rosso prima di tornare finalmente allo stato fondamentale.
Sotto le bande verdi, la frangia rossa proviene dall'azoto molecolare, producendo un tono leggermente rosso violaceo. Questo rosso a bassa quota è raro perché solo le particelle solari più energetiche possono penetrare al di sotto delle 60 miglia, dove domina l'azoto.
Durante le potenti tempeste solari, intense esplosioni di particelle – come le espulsioni di massa coronale – possono accendere aurore rosse ben al di fuori delle regioni polari. Quando un'ondata di particelle ad alta energia colpisce l'ossigeno a circa 200 miglia di altezza, il bagliore risultante è abbastanza luminoso da essere visibile su un'ampia area.
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Le tonalità blu o viola sono prodotte dall'azoto molecolare ionizzato, che brilla a circa 60 miglia durante i periodi di forte attività solare. Quando l'azoto ionizzato e quello neutro coesistono, le loro emissioni possono fondersi, creando colori che vanno dal magenta al blu intenso.
Più in alto nell'atmosfera (oltre 180 miglia), l'idrogeno e l'elio possono emettere una debole luce blu o viola, sebbene questa sia rilevabile solo sotto cieli eccezionalmente bui e un intenso input solare.
Le aurore gialle risultano da una miscela dell'emissione di ossigeno verde e del bagliore rosso dell'azoto non ionizzato. Questa combinazione è rara perché richiede sia l'eccitazione dell'azoto a bassa quota che la presenza di ossigeno a un'altitudine leggermente superiore.
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La Terra non è l’unico pianeta che ospita le aurore. Tutti i pianeti dotati di atmosfera, tranne Mercurio, mostrano attività aurorale, sebbene l'aspetto vari. Venere e Marte, privi di forti campi magnetici, sperimentano aurore ovunque le particelle solari raggiungono le loro atmosfere sottili.
I giganti gassosi emettono aurore ultraviolette, con le esplosioni di Giove abbastanza intense da produrre raggi X. Le aurore di Saturno includono luce visibile che sembrerebbe rossa a un osservatore a bordo di un veicolo spaziale, mentre Urano mostra aurore a infrarossi e il bagliore di Nettuno viene osservato nelle onde radio.
Diverse lune mostrano anche fenomeni aurorali. Le lune galileiane di Giove mostrano aurore visibili dominate dalla luce rossa dell’ossigeno, con Io che aggiunge emissione di sodio arancione. La luna di Nettuno, Tritone, può ospitare aurore, ma la sua grande distanza limita osservazioni dettagliate.
