L'aurora boreale illumina il cielo notturno dell'Alaska il 16 febbraio 2017. Nella foto è il Poker Flat Research Range a nord di Fairbanks. NASA/Terry Zaperach Un'aurora è considerata una delle meraviglie naturali più belle della vita su un pianeta con un campo magnetico globale, e gli esperti di meteorologia spaziale si stanno avvicinando alla comprensione di uno dei misteri del fenomeno. Vedi, quando un'aurora illumina i cieli dell'emisfero settentrionale sull'Artico, lo stesso modello dovrebbe eruttare nei cieli dell'emisfero australe sopra l'Antartico. Ma gli scienziati hanno notato che i due non corrispondevano dopo aver confrontato le immagini simultanee delle aurore settentrionali e meridionali nel 2009.
Perché dovremmo aspettarci che siano simmetrici in primo luogo?
L'aurora è un ricordo visibile dell'epica interazione tra il campo magnetico del sole e il campo magnetico globale della Terra, ovvero la magnetosfera. Il sole pompa costantemente enormi quantità di particelle energizzate, come i protoni, nuclei di elio e tracce di ioni pesanti. Insieme, queste particelle vengono rilasciate nello spazio interplanetario, lavando i pianeti come il vento solare.
Altri fenomeni solari, come espulsioni di massa coronale (o CME), eruttare, facendo esplodere nuvole magnetizzate di queste particelle nello spazio ad alta velocità. Il vento solare, brillamenti solari e CME, e gli effetti che hanno sul nostro pianeta, sono noti collettivamente come "tempo spaziale". Tutto questo tempo spaziale può avere effetti potenti sul nostro pianeta - e sulla nostra tecnologia - una volta che incontra la magnetosfera del nostro pianeta.
Uno di questi effetti è una tempesta geomagnetica. Può succedere se il campo magnetico del sole interagisce con la magnetosfera in un certo modo, iniettando nella magnetosfera particelle solari che creano aurore. Le aurore si sviluppano quando queste particelle seguono il campo magnetico del nostro pianeta fino ai poli, piovendo attraverso l'atmosfera. A seconda dei gas atmosferici che colpiscono, si verificherà un display luminoso meravigliosamente colorato.
Ora, facciamo un passo indietro e immaginiamo quei diagrammi da manuale di magneti a barra, con un polo nord (N) e un polo sud (S) stampati a ciascuna estremità. Le linee del campo magnetico che creano tracceranno anelli simmetrici che collegano i poli nord e sud. Questa è una semplificazione eccessiva del campo magnetico del nostro pianeta, ma la fisica è la stessa.
Quindi posizioniamo il campo magnetico semplificato del nostro pianeta in un flusso costante di particelle dal sole. Questo flusso, ovvero il vento solare, sta trasportando il campo magnetico solare - noto come campo magnetico interplanetario (o FMI) - creando pressione sulla magnetosfera del nostro pianeta, spazzandolo indietro. Il lato giorno della nostra magnetosfera sarà compresso, mentre il lato notturno della magnetosfera si allunga, come una goccia d'acqua allungata. Se il vento solare fosse costante, non sarebbe successo molto; il flusso di particelle scorrerebbe senza incidenti sulla magnetosfera terrestre. Però, sappiamo che il tempo spaziale è qualsiasi cosa ma costante.
Illustrazione della magnetosfera terrestre NASA/Goddard/Aaron Kaase Mentre il sole gira, spazza venti solari di diverse velocità sul nostro quartiere spaziale locale, ed eruzioni come brillamenti e CME possono creare cambiamenti molto drammatici e dinamici nello spazio interplanetario. Se le condizioni magnetiche sono giuste, il sole può lanciare una bolla di particelle magnetizzate sulla Terra che verrà iniettata negli strati della magnetosfera (immaginare gli strati della magnetosfera come strati di buccia di cipolla non è lontano dalla sua struttura reale). Queste particelle vengono quindi trascinate indietro nella coda della magnetosfera (denominata giustamente "coda magnetica") dove vengono immagazzinate fino a quando la coda magnetica non subisce eventi di riconnessione, rilasciando la pressione e costringendo le particelle solari immagazzinate a fluire lungo le linee del campo magnetico verso l'atmosfera terrestre. La riconnessione magnetica è un fenomeno in cui i campi magnetici sono forzati insieme, scattare come elastico e poi ricollegare, liberando energia, insieme a una massiccia ondata di particelle.
A parità di condizioni, e ricordando il nostro semplice diagramma del magnete a barra descritto in precedenza, le linee di campo che portano ai poli nord e sud della Terra dovrebbero avere lo stesso aspetto, e quantità uguali di particelle dovrebbero piovere con schemi identici sull'Artico e sull'Antartico. Ed è qui che due studi nuovi e complementari, pubblicato sul Journal of Geophysical Research:Space Physics e sulla rivista Annales Geophysicae, Si accomodi.
Nel 2009, esperti di meteorologia spaziale hanno confrontato i modelli delle aurore in eruzione durante una tempesta geomagnetica. Quello che hanno visto è stato confuso; i modelli creati erano in posizioni diverse e avevano forme diverse da quelle previste. Al tempo, presumevano che questa asimmetria fosse causata dalla complessità degli eventi di riconnessione nella coda magnetica, inviando quantità diverse di particelle cariche ai poli nord e sud, creando così la mancata corrispondenza. Però, questi nuovi studi indicano che l'asimmetria potrebbe effettivamente essere causata dall'orientamento dell'IMF incorporato nei flussi di vento solare che incontra per la prima volta la magnetosfera del nostro pianeta, qualcosa che i ricercatori chiamano "geospazio asimmetrico".
Confuso? L'American Geophysical Union ha prodotto un eccellente video che spiega questo:
Possiamo immaginare il campo magnetico del sole come una serie di linee orientate casualmente, inondando la Terra come onde poco profonde laverebbero un sassolino su una spiaggia. Se hanno un orientamento magnetico nord-sud che corrisponde all'orientamento nord-sud della magnetosfera, si collegheranno al campo magnetico terrestre e torneranno indietro, fondendosi con la magnetotail, insieme alle particelle di vento solare che contengono. In questo caso, la coda magnetica apparirà simmetrica, e anche le aurore generate saranno simmetriche. Modelli abbinati!
Ma cosa succede se il campo magnetico del sole è orientato est-ovest rispetto al campo nord-sud della Terra? Secondo questi nuovi studi, questo può far sì che la coda magnetica diventi attorcigliata e asimmetrica. Come probabilmente puoi immaginare, questo avrà un effetto sulle aurore che si producono, incanalando le particelle solari in uno schema asimmetrico e creando aurore asimmetriche. Modelli non corrispondenti!
Col tempo, poiché sempre più energia viene rilasciata tramite la riconnessione nella coda magneto, si scioglierà e queste aurore torneranno lentamente alla loro forma simmetrica. Questo è controintuitivo. Gli esperti di meteorologia spaziale una volta presumevano che l'asimmetria fosse causato per riconnessione magnetica. In realtà, sembra che la riconnessione rilasci la pressione magnetica per riportare le aurore alla simmetria.
Ora è interessanteLe tempeste geomagnetiche possono generare potenti disturbi elettrici in tutto il mondo, provocando interruzioni di corrente e interruzioni delle comunicazioni. Nel nostro mondo sempre più dipendente dalla tecnologia, comprendere il tempo spaziale è fondamentale se vogliamo prevedere con precisione, e prepararsi per, gli impatti dell'ambiente tumultuoso che circonda la nostra stella più vicina.
