“In a nutshell” about Aurora -9. Curiosità

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Lunghezze d’onda, Ovale diurno, Aurore “Illusioniste e Messaggere”, Aurore protoniche

“Aurora night at Kuer”, credit Markus Kiiliclicca per ingrandire, click to enlarge

È affascinante scoprire particolarità delle Aurore che si rivelano solo a chi approfondisce l’argomento, e quindi per noi blogger terreno fertile per la divulgazione.

Lunghezze d’onda

“Rovaniemi 2015”, credit Jani Ylinampaclicca per ingrandire, click to enlarge

Aurora: solo luce visibile?

Assolutamente no! Il suo manifestarsi è legato anche ad altre lunghezze d’onda dello spettro, e come al solito tali frequenze sono precluse alla nostra limitata vista.

“Vista” che ha un intervallo davvero esiguo di attivazione (400-750 nanòmetri) rispetto alla vasta gamma delle frequenze disponibili.

nota che questa immagine è invertita rispetto alla precedente: UV a destra e IR a sinistra, mentre sopra è il contrario, basta stare attenti per non sbagliare.

Come non bastasse, all’interno di tale limitato intervallo, siamo più sensibili ad alcune frequenze rispetto ad altre. Per fortuna la tecnologia compensa la nostra “disabilità”.

Arcobaleno pennellato sul Monte Velo, zona Alto GardaTrentino, dove viviamo.

foto mia

Colori non visibili perché assorbiti prima di essere visti

Diversi atomi e molecole presenti nella Ionosfera originano emissioni aurorali delle lunghezze d’onda:
– dell’estremo ultravioletto (EUV)
– dell’ultravioletto (UV)
– dell’infrarosso (IR)…

infografica dove vedi l’estensione in verticale della Ionosfera, freccia tratteggiata bianca che occupa Esosfera, Termosfera e parte della Mesosfera

che non possono essere osservate dalla superficie perché vengono assorbite dall’atmosfera.

In ogni caso sappiamo che tali lunghezze d’onda, anche ammesso che superassero la barriera, il nostro sistema visivo non potrebbe coglierle.

immagine in Infrarosso IR, visibile solo con appositi occhiali

L’aurora produce onde radio?

Si, lo fa, essendo prodotta da elettroni ad alta velocità che, spiraleggiando lungo le linee del campo magnetico terrestre, colpiscono gli atomi atmosferici di Ossigeno (O) ed Azoto (N).

radiazione di ciclotrone, cade nella banda radio ed è tipica delle magnetosfere planetarie – credit astronomer Phil Plait

Questo produce accelerazione di carica e onde a radiofrequenza.

Antenna da 70 metri a Goldstone, California – credit NASA / JPL

L’Aurora non finisce mai di stupire…

credit Jani Ylinampaclicca per ingrandire, click to enlarge

Ma l’Idrogeno (H) e l’Elio (He)?

Avevo detto che sono Ossigeno (O) ed Azoto (N) i gas con cui si scontrano gli elettroni ad alta energia. Ma avevo anche detto che sopra gli 800 km circa si stratificano i gas più leggeri.

I principali componenti dell’atmosfera, Azoto (N) e Ossigeno (O), producono l’intera gamma di colori dell’aurora

credit Markus Kiiliclicca per ingrandire, click to enlarge

… tuttavia, a volte, a quote molto più alte, sopra gli 800-1.100 km, possono emettere colori anche l’Idrogeno

fialetta di Idrogeno ultrapuro incandescente, cm 1×5 – credit Jurii SONY DSC

… e l’Elio.

flaconcino di Elio ultrapuro brillante, cm 1×5 – credit Jurii

Ovale “permanente” – ovale diurno

rappresentazione artistica dell’ovale, dove si può facilmente osservare come l’anello sia presente anche nell’area illuminata dal Sole

Ovale “permanente”?
Ma se di giorno non c’è!

C’è… c’è… ma non la puoi vedere!

Se gli ovali sono permanenti, perché di giorno non si vedono?
Tienti forte: l’ovale aurorale si dice “permanente” perché è sempre presente, anche di giorno!

come urlerebbe il Dott. Frànkenstin (non Frànkestein, badate bene!), “Si-può-fare!”

In realtà infatti l’aurora è presente tutto l’anno, ma in estate con la luce generalmente non si vede.

Quindi togliti dalla mente l’errata idea che di giorno, col Sole, questo meraviglioso fenomeno non esista più, perché non è così!
Il nostro sistema visivo è limitato e l’Aurora è di debole intensità.

Studio Ovale Diurno

Quindi se di giorno non si vede, non si può più studiare l’aurora?
Qui c’è una bella sorpresa …

In realtà il monitoraggio è costante anche di giorno!
Ma come è possibile, se ho detto che di giorno non si può vedere perché la sua luminosità è troppo debole?

Achavanich Standing Stones, località Stemster – Caithness, Scozia – credit Maciej Winiarczky, linkclicca per ingrandire, click to enlarge

È vero, il trucco sta nel fatto che il monitoraggio non avviene sulla lunghezza d’onda della luce visibile, bensì ai raggi X (ricordi fotone di “Bremsshtralung”?).

“radiazione di frenamento”: particelle cariche, frenate a causa di un passaggio ravvicinato ad un nucleo, emettono onde elettromagnetiche

Essendo infatti tali correnti di elettroni molto energetiche, si possono esaminare i dettagli delle collisioni tra gli elettroni e gli atomi di azoto e ossigeno rilevando la debole luce a raggi X che tali collisioni producono.

un bell’esempio di infografica su diverse frequenze d’onda: “I diversi volti della Via Lattea”, dall’alto in basso, Radio, Infrarosso, Visibile, X,Gamma

Poiché l’atmosfera non produce raggi X nemmeno alla luce del giorno, è possibile osservare la fisica aurorale anche di giorno!!!

credit NASA / astronaut Scott kellyclicca per ingrandire, click to enlarge

Il fatto che sia presente la luce del Sole, che normalmente elimina l’emissione ottica delle aurore, è irrilevante per rilevare la stessa aurora che si sposta dalla notte alla luce del giorno.

Sole ai raggi X fotografato dal telescopio spaziale Nustar della NASA

Sapevi che alla Stazione Spaziale Internazionale ISS servono 90 minuti per compiere un’intera orbita attorno alla Terra, quindi 1 ora e 1/2?
Ciò significa che lassù le notti, come i giorni , durano appena 45 minuti!
Ebbene, “alcune aurore durano quanto tutta la notte”.

Tim Peake, astronauta dell’Agenzia Spaziale Europea ESA.
video in timelapse realizzato da Tim Peake durante la sua missione Principia di 6 mesi. La ISS viaggia all’incredibile velocità di 28.800 km all’ora.

Aurore Illusioniste

credit Markus Kiiliclicca per ingrandire, click to enlarge

Qual è l’illusionismo?

Ricorda e tieni ben presente:
ciò che vedi non sono le particelle in sé, catturate e deviate dal campo magnetico nelle cuspidi, bensì la conseguenza degli scontri tra queste particelle (effetto del punto 3).

I fotoni colorati sono la conseguenza delle collisioni tra particelle (l’emissione quindi, non il “salto quantico”), perciò stai guardando la nuvola esplosiva, non i proiettili…

… un po’ come dei fuochi d’artificio senza poter vedere il lancio dei razzi, quindi da dove e da chi sono stati lanciati…

Aurore Messaggere

Torneträsk, parco nazionale di Abisko, Svezia – credit Davide Necchiclicca per ingrandire, click to enlarge

Aurora segnale di cosa?

In un senso cinematografico da film d’azione, potrei dire che le Aurore sono un diversivo tattico della magnetosfera per non farti vedere ciò che sta veramente succedendo…

Quando compare un aurora, sai che il campo magnetico terrestre e la Ionosfera cambiano rapidamente

campo magnetico (magnetosfera) e Ionosfera evidenziati, ovviamente le distanze non sono in scala

… e questo può influenzare la comunicazione superficiale che utilizza la Ionosfera come riflettore per far rimbalzare i segnali (e pure provocare disturbi e danni ai satelliti).

Il fatto che compare un’Aurora ti dice solo che “sta succedendo qualcosa”, ma non cosa

Lapponia 2015, credit Jani Ylilampaclicca per ingrandire, click to enlarge

praticamente, facendo un paragone, è un po’ come vedere solo le ombre sul muro, o la proiezione sullo schermo!

La tua attenzione viene magistralmente ingannata come nel più spettacolare e colossale dei numeri di prestidigitazione!

Aurore protoniche

Elettroni ok, ma non c’erano anche i protoni?
Che fine hanno fatto?

Sì, hai proprio ragione! All’inizio, quando parlavo di particelle cariche che vengono esplose dal Sole e poi si scontrano con la magnetosfera terrestre, parte di esse spiraleggiando nelle cuspidi polari, avevo accennato anche ai protoni!

a sinistra il protone/neutrone, stessa dimensione; a destra l’elettrone.

Che è successo? Possibile che io me ne sia poi dimenticato?
No, tranquillo, ho preferito aspettare il momento giusto per occuparmene…

La precipitazione di protoni ed elettroni è simultanea ma avviene a latitudini diverse, e più il flusso di materiale solare è energetico e grande, più la latitudine si abbassa.

modello previsionale (forecast): i colori corrispondono alla probabilità di vedere l’Aurora

Le aurore da elettroni, quelle che tutti conosciamo, sono molto più spettacolari.

credit Jani Ylilampaclicca per ingrandire, click to enlarge

Le aurore da protoni NON risultano spettacolari perché sono molto tenui e diffuse e inoltre il riconoscimento avviene solo tramite analisi spettroscopiche…

l’analisi spettroscopica, tutto un altro capitolo affascinante

in pratica non le vedi a occhio nudo, ma solo tramite particolari strumenti sia dalla Terra che dallo spazio. Questa è una semplice torcia agli Ultravioletti, che ricorda le serie tv sul lavoro investigativo della “Scientifica”.

Gli UV possano rivelare macchie invisibili, reagendo ad una varietà di composti (vitamine del gruppo B, clorofilla, sangue, urina, saliva e sperma…)

Concludendo, allora non esiste un’immagine per le Aurore Protoniche?

Al contrario, ma prima di presentarla però devo fare un piccola premessa.

Un’immagine APOD degna di approfondimento.

La maggior parte dei protoni non raggiunge MAI la Terra per produrre aurore, venendo deviata a grande distanza e catturata dalla magnetosfera nelle Fasce di Van Allen.

La fascia interna di Van Allen, in verde, è quella dove sono catturati i protoni

Tuttavia frequentemente si aprono delle “crepe” profonde nel campo magnetico, in cui i protoni fluiscono raggiungendo la Ionosfera terrestre e dando luogo alle Aurore Protoniche altamente energetiche.

“Il protone cattura e perde più volte un elettrone, trasformandosi alternativamente da protone…

il protone a sinistra, slegato dal suo elettrone

… in atomo di idrogeno e viceversa” (Giuliana Zoppè).

L’immagine che vedrai è composta da 2 immagini sovrapposte:
1) la prima, satellitare, mostra la Terra senza nuvole
, in luce visibile
2) la seconda è un’immagine in falsi colori dell’Aurora Protonica – protoni più pesanti, energetici che nella collisione emettono fortemente nell’ultravioletto.

l’Ultravioletto UV è al di fuori delle nostre frequenze visibili, 400-100 nanòmetri

Attenzione!
Non è un’immagine del meteo!
Non è la formazione di un uragano!
Quella che “vedi” è proprio un’Aurora Protonica!

Così, quella che sembrerebbe una gigantesca perturbazione, è in realtà l’Aurora Protonica. L’area luminosa vicino al centro, un po’ in basso a sinistra, incorporata nell’anello aurorale, è la crepa di cui ti ho parlato.

Immagine Apod 17/12/2003 (Astronomical Picture of the Day), “UV Proton Aurora”, credit satellite IMAGE, NASA

Come al solito è stato un piacere parlare di argomenti affascinanti. Arrivederci al prossimo post e grazie per avermi seguito.

Gli altri post della serie “In a nutshell” about Aurora:
– “In a nutshell” about Aurora – 0. Il Sole
– “In a nutshell” about Aurora – 1. Riconnessione Magnetica
– “In a nutshell” about Aurora – 2a. Flares vs CME: scontro di Titani
– “In a nutshell” about Aurora – 2b. Flares vs CME: scontro di Titani

– “In a nutshell” about Aurora – 3a. Campo magnetico terrestre
– “In a nutshell” about Aurora – 3b. Fasce di Van Allen
– “In a nutshell” about Aurora – 3c. Cometa, toroidi e particelle
“In a nutshell” about Aurora – 3d. radiazioni
“In a nutshell” about Aurora – 3e. radiazioni a confronto

“In a nutshell” about Aurora –3f. radiazioni e ISS
“In a nutshell” about Aurora -4. Cuspidi polari
“In a nutshell” about Aurora -5. Generatore aurorale

“In a nutshell” about Aurora -6. Altitudine e forme
“In a nutshell” about Aurora -7a. Colori, l’origine
“In a nutshell” about Aurora -7b. Colori, la magia
“In a nutshell” about Aurora -8. luminosità, movimento e calore
“In a nutshell” about Aurora -10. Suoni
In a nutshell” about Aurora -11. Emozioni e considerazioni

Link utili:
– “Spettro Elettromagnetico”, dell’astronomo Phil Plait
– “Aurore Polari: scienza, miti e arte”, di Giuliana Zoppè
– “Attività Educativa, calcolo dell’altezza di formazione dell’Aurora Polare” GLO.R.I.A. – GLObal Robotic-Telescopes Intelligent Array
– “Artico – viaggio interattivo al Polo Nord”, CNR Consiglio Nazionale delle Ricerche

– “Il Campo Magnetico Terrestre misurato dal satellite AtmoCube”, tesi di fisica di Valentina Alberti 2002-2003
video in timelapse realizzato dall’astronauta Tim Peake, ESA/ISS
– Immagine Apod 17/12/2003 (Astronomical Picture of the Day), “UV Proton Aurora”, credit satellite IMAGE, NASA
– foto di Aurore di Jani Ylinampa
– foto di Aurore di Markus Kiili
– foto di Aurore di Davide Necchi

– foto di Maciej Winiarczky

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