“In a nutshell” about Aurora -6. Altitudine e forme

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Northern/Southern Lights”
A che altezza si trova la meraviglia che ci lascia senza fiato con le sue innumerevoli forme cangianti?

Negli ultimi episodi di questo lungo viaggio sono arrivato finalmente a descrivere Lei, la magnifica spettacolare mozzafiato Aurora, Regina incontrastata dei cieli delle alte latitudini terrestri, Artico-“boreale” (“Luci del Nord”) ed Antartico-“australe” (“Luci del Sud”).

“Raining lights” at Rovaniemi, 2014 – credit Jani Ylinampa clicca per ingrandire – click to enlarge

Premessa per chi si fosse perso gli altri episodi della serie sulle Aurore:

particelle cariche di energia (elettroni e ioni) colpiscono atomi e molecole neutre dell’atmosfera, eccitandoli; nel tornare a riposo atomi e molecole bombardati emettono fotoni quindi lucecredits NASA

Ovale Aurorale

L’ovale aurorale intera si vede dallo spazio, per ammirarla interamente servono però distanze almeno doppie rispetto a quella della ISS (400 km), quote a cui orbitano i satelliti polari.

Aurora australe (il polo sud visibile al centro) ripresa l’11 settembre 2005 dal satellite Image della NASA. Immagine in falsi colori dell’ultravioletta Aurora australis catturata dal satellite e sovrapposta all’immagine Blue Marble della NASA basata sul satellite clicca per ingrandire – click to enlarge

Piccola parentesi: ma 400 km al di sopra della ISS, “chi” fotografa o filma gli Ovali aurorali?

A proposito, una precisazione importante e non scontata: a 400 km di quota, dalla ISS gli astronauti possono tranquillamente fotografare e filmare dal vivo l’aurora sotto di loro, la vedono infatti molto più ravvicinata.

Lo sapevi che la “notte” degli astronauti sulla ISS dura 45 minuti, compiendo un’orbita completa ogni ora e mezza, quindi in 24 ore loro hanno ben 16 notti e altrettanti giorni. Credits NASA – UHD clicca per ingrandire – click to enlarge

Per fotografare o filmare invece l’ovale aurorale, visibile nella sua interezza solo da quote più alte, non possono esserci astronauti, per via del rischio di radiazioni che è più intenso.

protons trapped in inner radiation belts, electrons trapped in outer ones

Così le foto provengono dai satelliti polari mentre l’animazione che si vede tra poco è una ricostruzione in base ai dati ottenuti nelle varie orbite polari e ai dati delle previsioni riguardo le emissioni in arrivo dal Sole, vento solare, Cme, flares.

rappresentazione artistica dei satelliti polari europeo MetOp e americano NOAA in orbite polari sincrone

Eccoti una breve animazione dell’ovale, per il tuo piacere, visto da questa quota: parlo di circa 800-1.000 km, tramite satelliti polari che orbitano ai poli ogni ora e 40 minuti, coprendo ogni punto della Terra almeno due volte al giorno.

Questo anello è centrato sui poli magnetici, spostati di circa 11º rispetto ai rispettivi poli geografici.

l’asse di rotazione terrestre (poli geografici) è qui raffigurato verticale per comodità di confronto con quello magnetico, ma nella realtà è inclinato

Se tu non lo sapessi, per convenzione si è scelto di stabilire vicino al nord geografico anche il nord geomagnetico, ma nella realtà è il contrario…

il nord magnetico è a sud (N), il sud magnetico al nord (S) e le linee di campo magnetico seguono la direzione nord-sud magnetica (la barra verticale nelle immagini rappresenta infatti il “dipolo magnetico” terrestre).

L’ovale aurorale ha un diametro di 3.000 km nei periodi di minimo solare, quindi arriva generalmente tra 60° e 70° di latitudine nord e sud (alte latitudini terrestri, Artico-“Boreale” e Antartico-“Australe”)

modello previsionale di Aurora SpaceWeatherLive.com

… ma in occasione di eccezionali tempeste solari e quindi con magnetosfera assai disturbata, può estendersi anche a latitudini più basse.

dati provenienti dallo strumento VIS (Visible Imaging Sistema) a bordo del satellite Polar NASA

Quello che vediamo da terra allora cos’è?
Questione di prospettiva e di distanza

Quando guardiamo l’aurora stiamo guardando una sezione microscopica dell’ovale aurorale (che ricordo rappresenta le particelle cariche che precipitano spiraleggiando nelle cuspidi seguendo le linee di campo magnetico)

Si nota facilmente il fatto che è visibile solo un segmento dell’intero insieme – “moon borealis”, credit Markus Kiili clicca per ingrandire – click to enlarge

Altitudine: di che altezza stiamo parlando quindi?

Beh, se la vediamo proveniendo dallo spazio, dall’alto, cioè nella direzione da cui arrivano le particelle del vento solare catturate dal campo magnetico:

dai 1.000 km (esosfera)

In casi eccezionali e rari si manifesta debolmente già qui.

comodissima infografica panoramica sull’atmosfera, gli strati rappresentati dalle frecce gialle verticali, le pause dai segmenti orizzontali, ionosfera in bianco, km sulla sinistra e temperature a destra clicca per ingrandire – click to enlarge

a partire dai 300 km di quota (termosfera)

Comincia a farsi ammirare al di sotto dell’altezza orbitale della ISS (ricordo circa 400 km: la ISS spesso è testimone di fenomeni incantevoli che le si presentano “sotto gli occhi” o che addirittura sembra lambire).

credit NASA / astronaut Scott kelly clicca per ingrandire – click to enlarge

dai 150 agli 85 km (bassa termosfera)

Questa è tuttavia l’altezza dove mediamente si presenta con maggiore frequenza.

credits ISALNASA “Aurora Australis” vista dalla ISS Expedition 23 Crew clicca per ingrandire – click to enlarge

85 km sopra la tua testa, così tanto!
Ma sono così lontane?

Già, se infatti guardi da terra col naso all’insù, questa è la quota a cui cominciano ad essere visibili.

Questa potrebbe tranquillamente essere l’immagine precedente vista da terra – credit Giovanna Corti

Come ho descritto nel post sull’atmosfera, grazie al potere dell’invisibilità è difficile per noi comprenderea vista“, guardando dal basso, a che altezza si trova l’Aurora che stiamo guardando.

“Lights of North”, credit Markus Kiili clicca per ingrandire – click to enlarge

Già è impossibile “a vista” capire la quota di alcune delle nuvole più alte (in troposfera dove l’altezza massima arriva a 12 km)

… anche se dall’aereo risulta più evidente cogliere qualche differenza.

la rarefazione in aumento e il progressivo diminuire del vapore acqueo determina differenze evidenti nelle formazioni nuvolose verso la fine della troposfera clicca per ingrandire – click to enlarge

Tuttavia di certo converrai con me che l’Aurora proprio non sembra trovarsi a ben 85 km sopra di te, tanto è l’impressione a volte di poterle quasi toccare!!!!

credit Maciej Winiarczykclicca per ingrandire – click to enlarge

E al di sotto di questa quota che succede? Perché non si possono vedere?

Al di sotto degli 80-100 km l’atmosfera è troppo densa per consentire agli atomi di dare abbastanza luce. Come detto l’aria più densa è un ottimo isolante e quindi le correnti non raggiungono il terreno.

Man mano che si scende di quota la rarefazione diminuisce, la pressione e la densità dei gas (il numero di molecole in un cm cubo di gas) aumentano.

Forme ed estensione: come si sviluppano?

Tra le varie caratteristiche che affascinano e incantano, di sicuro la “forma in movimento” con cui l’Aurora si dispiega sopra le nostre teste occupa le prime posizioni sul podio!

Il comportamento si dimostra molto vario nel tempo: alcune strutture possono rimanere stazionarie fino a diverse ore, mentre altre si snodano sinuose attraverso il cielo scomparendo in pochi minuti o altre ancora compaiono e scompaiono in pochi secondi con un effetto di lampeggìo. Tuttavia il processo in media dura 15-20 minuti.

Molteplici forme che orchestrano l’incanto

Qui presento solo una panoramica non esaustiva delle singole forme identificate, ma nella realtà l’Aurora è spesso un miscuglio armonico, di umore altalenante, di alcune di esse e non è quindi possibile ridurla a singole forme.

Di certo devi considerare ogni forma aurorale proprio come un’impronta digitale atmosferica, formata solo da condizioni specifiche nell’atmosfera stessa (gas, altezza, stato elettrico, energia bombardante)

 

Considera che tutte le foto sono state scattate di notte, quindi il fatto che vedi il paesaggio illuminato è dovuto, a parte i tempi più lunghi dell’otturatore della macchina fotografica, in parte al chiarore della Luna (quando presente), in parte proprio alla luminosità dell’Aurora nei suoi momenti più intensi (il Sole poi deve essere almeno 10° sotto l’orizzonte perché appaia l’aurora).

credit Maurizio Pignotti clicca per ingrandire – click to enlarge
  • a macchie di luce
    fisse o mobili, che possono assumere varie forme e durare da pochi minuti a circa mezzora, a volte persiste per qualche ora
credit Mikko Lagerstedtclicca per ingrandire – click to enlarge
  • ad arco
    comune forma durante i minimi solari, lungo diverse migliaia di km, largo decine di km e sottile anche solo 100 metri oppure spesso qualche km; si estendono verso l’alto lungo il campo magnetico, per centinaia di km
credit Maurizio Pignotti clicca per ingrandire – click to enlarge
  • a chiazze
    piccole macchie di luce, bianche, dopo le ore 24, ogni macchia lampeggia ogni circa 10 secondi, fino all’alba
  • a raggi di luce
    durante i massimi solari, rapidi e lunghi anche centinaia di km, illuminano intensamente
credit Jani Ylinampa clicca per ingrandire – click to enlarge
  • a fiocchi
  • a velo
    luminosità uniforme che copre gran parte del cielo
notare il Gran Carro, costellazione dell’Orsa Maggiore – credit Jani Ylinampa clicca per ingrandire – click to enlarge
  • a ricciolo
    diametro tra 1 e 5 km
credit Davide Necchi clicca per ingrandire – click to enlarge
  • a piega
    curva a forma di “S”
credit Davide Necchi clicca per ingrandire – click to enlarge
  • a drappeggio fluttuante
    può anche essere inizialmente fisso, ma quando si “muove” ricorda molto il movimento di una tenda quando viene sfiorata da una mano
credit Markus Kiili clicca per ingrandire – click to enlarge
  • a spirale
    durante condizioni disturbate
Foto del 27/08/2015 menzionata dalla NASA e Michigan Technological University (MTU) come APOD – “Astronomical Picture of The Day – A Spiral Aurora over Iceland” – qui l’aurora mischia spirale a drappeggio, credit Davide Necchi clicca per ingrandire – click to enlarge
  • a tenda
    larghezza bande e raggi occupano quasi tutto il cielo, intensità velocemente mutevole
credit Markus Kiili clicca per ingrandire – click to enlarge
  • a strisce, bande, fasce ondeggianti, nastri
    con attività solare medio-bassa
credit Maurizio Pignotti clicca per ingrandire – click to enlarge

Intensità, luminosità, struttura e durata dipendono da:
l’attività solare che ha perturbato la magnetosfera in quel momento
i successivi complessi processi di accelerazione dovuti a riconnessione magnetica
le rapide interazioni che ne conseguono

Attenzione però, considera che tale attività:
cambia di secondo in secondo
NON è relativa all’attività solare in quell’istante, bensì al materiale che è giunto dal Sole, emesso da 1 a 4 giorni prima circa!

utilissima infografica che mostra nelle 3 fasce sottostanti, come le particelle impieghino da 1 a 4 giorni per arrivare da noi viaggiando a varie velocità a seconda dell’evento che le ha causate – clicca per ingrandire – click to enlarge

Ti lascio, dopo questo bel viaggetto nelle “altezze e forme” dell’Aurora, con ben 5 video intensi sulle Aurore: lasciati trasportare, incantare e commuovere dalla magia di questo meraviglioso spettacolo, catturato da Markus Kiili Photography.

credit Mikko Lagerstedt clicca per ingrandire, click to enlarge

Gli altri link di questo viaggio verso le Aurore:
– “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 – 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 -9. Curiosità
“In a nutshell” about Aurora -10. Suoni
In a nutshell” about Aurora -11. Emozioni e considerazioni
“In a nutshell” about Aurora -12a. Tempeste solari
“In a nutshell” about Aurora -12b. Disturbi e danni da Flare

Link utili e collaborazioni:
– modelli previsionali di Aurora, SpaceWeatherLive.com
– foto di aurore di Maciej Winiarczyk
– foto di aurore di Davide Necchi
– Foto menzionata dalla NASA e Michigan Technological University (MTU) come APOD – “Astronomical Picture of The Day – A Spiral Aurora over Iceland“, credit Davide Necchi
– foto di aurore di Maurizio Pignotti
– foto di aurore di Jani Ylinampa, instagram
– foto di aurore di Mikko Lagerstedt, instagram
– foto di aurore di Markus Kiili

– foto di aurore di Giovanna Corti

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