“In a nutshell” about Aurora -7b. Colori, la magia

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Contraddizione risolta e magia svelata, ma l’incanto resta garantito!

credit Maciej Winiarczykclicca per ingrandire, click to enlarge

Forse sul podio la medaglia d’Oro spetta proprio a loro, sorprendenti ed incantevoli…

ma devo dire che in realtà la vera forza delle Aurore è la perfetta imprevedibile armonia tra Colori, Forme in Movimento e Luminosità.

credit Jani Ylinampa clicca per ingrandire, click to enlarge

Come si spiega la contraddizione apparente del precedente episodio? È un errore?

Nessun errore! Avevo parlato di una contraddizione apparente, e infatti entrano in gioco altre variabili a spiegare il quadro complesso:
– altitudine
– rarefazione
– energia
– temperatura

credit Maurizio Pignotticlicca per ingrandire, click to enlarge

Alta Atmosfera
sopra i 200-300 e fino agli 800-1.100 km

Termosfera, bassa Esosfera, strati dove è predominante l’Ossigeno atomico.

riporto questa comoda infografica per tua comodità: strati in giallo e ionosfera freccia tratteggiata bianca

Fissa bene in memoria le caratteristiche:

  • forte rarefazione
  • grande distanza tra gli atomi
  • urti molto rari
  • temperature basse
credit astronaut Scott Kelly, NASA clicca per ingrandire, click to enlarge

Come reagisce alla collisione l’Ossigeno atomico? O

È già un elemento instabile di per sé, molto più dell’Ossigeno molecolare, ed ha quindi bisogno di un tempo lungo per ritornare stabile dopo essere stato colpito.

A queste altezze, grazie alla forte rarefazione, alla rarità degli urti e alle temperature basse, c’è quindi tutto il tempo di stabilizzarsi e tornare allo stato di quiete stabile, senza essere disturbato, emettendo radiazione (fotone) rossa.

ISS sorvola Sudafrica, Botswana, credit astronaut Scott Kelly, NASAclicca per ingrandire, click to enlarge

Circa 2 minuti è il famoso “tempo caratteristico” che impiegano gli elettroni a tornare allo stato naturale, nel caso dell’Ossigeno atomico.

“Con un sacco di tempo a disposizione, gli elettroni dell’Ossigeno possono passare al loro livello di energia più basso all’interno dell’atomo, rilasciando un fotone di luce rossa anziché verde.

Ecco perché i raggi alti mostrano spesso cime rosse soprattutto nelle foto con esposizione temporale.”

Universe Today, Bob King
per la cronaca, la fonte luminosa in basso proviene da una pista da sci, credit Jani Ylinampaclicca per ingrandire, click to enlarge

Scendendo però di quota e aumentando la densità del gas, cioè la vicinanza tra gli atomi e quindi la frequenza delle loro collisioni, diventa sempre più difficile emettere fotoni rossi…

… perché diminuisce il tempo a disposizione senza essere interrotti da nuovi scontri…

… finché alla quota di circa 300 km non è più possibile e quindi l’Ossigeno atomico non può più emettere radiazione rossa. Da questa altezza troviamo predominante l’Ossigeno molecolare.

Bassa Atmosfera
da 200-300 a 85 km

Termosfera, strato dove predominano Ossigeno molecolare e Azoto.

Mano a mano che si scende di quota:

  • la rarefazione c’è ancora, ma diminuisce
  • diminuisce ancora la distanza tra le molecole
  • gli urti si fanno leggermente più frequenti
  • la temperatura aumenta
credit Mikko Lagerstedtclicca per ingrandire, click to enlarge

Come reagisce alle collisioni l’Ossigeno molecolare? O2

L’Ossigeno molecolare è più stabile di quello atomico, le molecole acquistano energia con gli urti un po’ più frequenti e non essendoci più tempo per emettere radiazione rossa, emette fotoni verdi.

credit Markus Kiiliclicca per ingrandire, click to enlarge

A questa altitudine quindi l’Ossigeno molecolare può emettere solo fotoni verdi. In queste due splendide immagini di Kiili, si possono quasi percepire il silenzio, il freddo e la neve “croccante” sotto le scarpe…

credit Markus Kiiliclicca per ingrandire, click to enlarge

Quindi capito? Si parla di “predominanza” di gas.

Come vedi nel grafico qui sotto, l’Azoto molecolare (N2) predomina dai 100 km circa in giù, mentre al di sopra dei 200 km diventa nettamente predominante l’Ossigeno, che sappiamo essere atomico (O).

credits NCAR/HAO

Ma allora, se l’Ossigeno non può più emettere radiazione rossa, da dove viene il rosso che vediamo sotto i 300 km?

Qui gioca un ruolo il caro Azoto che avevo nominato, il gas più abbondante in atmosfera…

… il quale è responsabile, da solo, dei colori blu/viola/rosso.

credit Maciej Winiarczyk clicca per ingrandire, click to enlarge

Sotto i 300 km l’Ossigeno molecolare emette in verde e l’Azoto in blu/viola e rosso.

i raggi rossi, blu e viola sono dovuti all’Azoto molecolare – credit Maciej Winiarczyk clicca per ingrandire, click to enlarge

E sotto i 120 km, l’Ossigeno non emette neanche più il verde!

Scendendo ancora più in basso, sotto i 120 km (la quota a noi più vicina) l’Ossigeno molecolare non è più in grado di emettere neanche fotoni verdi…

… le frequenti collisioni sono più veloci del tempo necessario all’emissione, per cui il responsabile dei colori blu/viola/rosso è unicamente l’Azoto molecolare.

credits NCAR/HAO

Azoto (N) e Ossigeno (O), amicizia compensatoria!

“Di conseguenza, l’emissione di luce da parte di Azoto ed Ossigeno e la loro diversa combinazione alle differenti quote, determina la colorazione dell’aurora, complessivamente verdastra ad altitudini più basse e di un tenue colore rossastro alle quote superiori”

Kalòs Kaì Agathòs, Domenico Licchelli
credit Markus Kiiliclicca per ingrandire, click to enlarge

Dalla fusione poi dei colori primari rosso/verde/blu derivano tutte le gradazioni che possiamo ammirare: rosa, giallo, cremisi, fucsia, viola e pure bianco

Cos’hanno in comune l’Aurora e un’insegna al Neon?

Lo stesso principio di funzionamento, infatti ciò che avviene in un’aurora è simile a ciò che avviene nelle luci al neon delle insegne pubblicitarie…

l’elettricità (scariche di elettroni) eccita gli atomi del gas al neon, gas rarefatto all’interno dei tubi di vetro, rendendolo incandescente, il tutto a basse temperature (a differenza delle lampade ad incandescenza). Si ha di conseguenza l’emissione sotto forma di luce colorata.

L’aurora funziona secondo lo stesso principio ma su una scala molto più vasta.

credit Maciej Winiarczyk clicca per ingrandire, click to enlarge

La Magia ti attende, sempreverde!

In ogni caso non ti preoccupare e non dubitare: aver spiegato scientificamente la dinamica della formazione dei Colori non toglierà assolutamente niente allo spettacolo che andrai ad ammirare…

Jokulsarlon Lagoon Iceland 2014, credit Maciej Winiarczyk clicca per ingrandire, click to enlarge

… perché vederla dal vivo è un’emozione assolutamente unica e non riducibile, tutto il tuo corpo verrà avvolto, catturato e incantato fino a toglierti il fiato, garantito!

credit Jani Ylinampaclicca per ingrandire, click to enlarge

L’unica delusione che potrai veramente provare sarà casomai dovuta alla sua “imprevedibilità“, al fatto che si faccia desiderare o non si mostri quando tu sei lì…

credit Markus Kiiliclicca per ingrandire, click to enlarge

…o al meteo avverso, ma se sei fortunato puoi essere sorpreso anche con cielo nuvoloso.

credit Maurizio Pignotticlicca per ingrandire, click to enlarge

Esistono tuttavia consigli molto validi di chi ci vive e di chi è andato per vederla (in uno dei prossimi post ne parlo), e un servizio di previsioni delle Aurore che ti avvisa sulle emissioni previste e le probabilità di manifestazione.

credit Davide Necchiclicca per ingrandire, click to enlarge

Se sei particolarmente fortunato puoi anche conservare nel tuo cuore e nei ricordi di questa esperienza una speciale “farfalla aurorale”, effimera e sfuggente.

credit Davide Necchiclicca per ingrandire, click to enlarge

Ti invito a lasciarti trasportare, incantare e commuovere dalla magia dei 5 video intensi di Markus Kiili, perché le Aurore sono dinamiche e si reinventano sempre, 85 km sopra la tua testa!

credit Markus Kiili
credit Jani Ylinampa clicca per ingrandire, click to enlarge

Nel salutarti e ringraziarti per avermi seguito fino a qui, ti lascio con uno splendido video di 10 minuti con un mix di riprese girate dalla Stazione Spaziale Internazionale ISS, così completo la visione dal “basso”, dalla superficie terrestre, con quella dall’altitudine di circa 400 km.

Spero tu abbia gradito anche il doppio post sui Colori, oltre a quello su Altitudine e Forme. Non è ancora finita, negli ultimi post brevi tratto argomenti interessanti e curiosi.

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 -6. Altitudine e forme
“In a nutshell” about Aurora -7a. Colori, l’origine
“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
“In a nutshell” about Aurora -12c. Disturbi e danni da Cme
“In a nutshell” about Aurora -12d. Simulazione SuperTempesta solare OGGI
“In Nutshell” about Aurora -13a. Ambiente spaziale interplanetario
“In Nutshell” about Aurora -13b. Aurore extraterrestri
“In Nutshell” about Aurora -13c. Aurore extraterrestri ed extrasolari

Link utili e collaborazioni:
– sostegno scientifico sulla dinamica del “salto quantico” dell’Ossigeno, Dott. Uranium
– “Kalòs Kaì Agathòs: Sulle ali di luce di un’aurora” di Domenico Licchelli, Baldacconi, Ruggiero, Zappalà
– “Il Colore delle Aurore, da cosa dipende?” Di Manuel Mazzoleni
– foto di Aurore di Markus Kiili
– foto di Aurore di Maciej Winiarczyk
– foto di Aurore dalla ISS, astronauta Scott Kelly
– foto di Aurore di Maurizio Pignotti
– foto di Aurore di Jani Ylinampa
– foto di Aurore di Mikko Lagerstedt
– foto di Aurore di Davide Necchi
GLO.R.I.A. – GLObal Robotic-Telescopes Intelligent Array
Attività Educativa, multicollaborazione internazionale
– The High Altitude Observatory (HAO) of the National Center for Atmospheric research (NCAR)
– Aurora Boreale, del CNR “Artico”
– “Aurore Polari, Scienza miti e arte”, di Giuliana Zoppè

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