“In Nutshell” about Aurora -13b. Aurore extraterrestri

È in corso la migrazione dei post dal precedente blog; per vedere i post non ancora migrati visita la Presentazione. Grazie.

L’universo è creativo e improvvisa con quello che c’è.
Le interazioni elettrico-magnetiche che consentono la formazione di Aurore.

Eccomi, ti sorrido dalla foto perché sono giunto alla fine di questo bellissimo e lungo viaggio in 26 episodi “In a nutshell”, iniziato a dicembre 2019. “Brevi” perché ricchi di foto ma non esagerati in quanto a testo e contenuti, un po’ come quando sfogli un dizionario visuale.

foto by Tiziana “Tirtha” Giammetta, mia insostituibile e preziosissima web designer e consulente, oltre che correttrice di bozze (e naturalmente moglie)

Il post è diviso in 2 capitoli perché altrimenti diventava troppo lungo:

  • capitolo “b”: affronto i fenomeni aurorali su Mercurio, Venere, Marte e le due lune Titano (Saturno) e Ganimede (Giove)
  • capitolo “c”, prossimo ed ultimo: quelli sui giganti gassosi e ghiacciati e le lune IO, Europa (Giove) ed Encèlado (Saturno), con alla fine un accenno ad una cometa e a 2 stelle nane

Prima di iniziare, delle precisazioni:

  • ogni pianeta è “un mondo a sé” che va studiato nel suo specifico contesto e presenta condizioni particolari (vale anche per le Lune); continue scoperte evolvono le nostre conoscenze e tanto c’è ancora da scoprire
“I luoghi dove siamo stati”, credit NASA / JPLclicca per ingrandire, click to enlarge
  • tali condizioni particolari e specifiche riguardano sia l’interno del pianeta o luna, sia la sua superficie e l’eventuale atmosfera e l’ambiente che si viene a creare con il corpo attorno a cui orbita (stella o pianeta)
Venere, Terra, Luna, Marte, Titanoclicca per ingrandire, click to enlarge
  • la luce è emessa con il “salto quantico“, ma non esiste un unico modo per la formazione di un aurora bensì diversi, perché le situazioni, gli ambienti, le composizioni e le dinamiche sono complessi e diversificati
  • le aurore visibili in luce ultravioletta (UV) possono essere osservate solo dallo spazio
il telescopio spaziale Hubble, HST (Hubble Space Telescope)clicca per ingrandire, click to enlarge

Aurore – fondamentalmente sono di 2 tipi:

credit astronaut Scott Kelly, 20/01/2016 – clicca per ingrandire, click to enlarge

Sono visibili ad occhio nudo ma ovviamente anche con altre frequenze, ad esempio il monitoraggio costante avviene ai raggi x, poi ci sono gli UV e anche le onde radio

APOD 16/09/2000, scattata a marzo 1996. Sovrapposizione dell’emissione ai raggi X sulla mappa dell’emisfero nord. La Terra non emette raggi x, è l’aurora a farlo. Credit Polar, NASA , Ruth Netting
  • aurore “protoniche“: causate dalla pioggia di protoni energetici in alta atmosfera
credit 2016 NASA / MAVEN / Goddard Space Flight Center / Dan Gallagher clicca per ingrandire, click to enlarge

Visibili solo ai raggi UV Ultravioletti, per crearle servono protoni solari altamente energetici, grandi quantità di atomi di Idrogeno e assenza di un campo magnetico globale (ciononostante anche la Terra raramente ne ha)

Se hai seguito questa serie, o comunque un pochino ti sei documentato sulle Aurore, avrai ormai capito che esse, almeno sulla Terra, nascono dall’interazione del vento solare con gli atomi neutri in alta atmosfera, MA questo non è l’unico modo…

rappresentazione artistica dell’interazione tra vento solare e magnetosfera terrestre; distanze e dimensioni NON in scala, credit NASA

Struttura del doppio post, ti presento:

– in che contesto/ambiente (Dove)
– con che dinamica (Come)
– su quali pianeti o lune (Chi)
– e che tipo di aurore si possono formare (Cosa)

Alla fine dell’ultimo capitolo “c”, due sintetiche sezioni per “aurore insospettabili” ed “aurore extra-solari”.

Buona lettura e buon divertimento

1a) DOVE ?

Si possono formare aurore sui pianeti che hanno:
un forte campo magnetico proprio globale (intrinseco)
– una conseguente magnetosfera globale
un’atmosfera densa e stratificata

la Terra, dotata di campo magnetico che le fa da scudo; le linee del campo magnetico solare gialle che provengono da sinistra

Lo scudo della magnetosfera crea la coda magnetica che poi diventa potente generatore elettrico in seguito a “riconnessione magnetica”.

video credit NASA SDO

1b) COME ?

Quando il vento solare interagisce con la magnetosfera che ne devìa le particelle cariche indirizzandole ed energizzandole verso gli atomi dell’alta atmosfera nelle zone polari

particelle cariche (elettroni e ioni) colpiscono atomi e molecole neutri dell’atmosfera, eccitandoli; nel tornare a riposo atomi e molecole bombardati emettono fotoni quindi luce, credits NASA ingrandisci, enlarge

1c) CHI ? COSA ?
la Terra
> Aurore elettroniche e raramente protoniche

Terra

Terzo pianeta del Sistema solare, circa 150 milioni di km dal Sole, 1 Unità Astronomica

L’ovale aurorale in una rappresentazione artistica, che visto dalla superficie si manifesta nelle nostre meravigliose Aurore, ovviamente molto più localizzate.

rappresentazione artistica NASA clicca per ingrandire, click to enlarge

Parte dell’ovale aurorale visto dalla ISS che orbita a circa 400 km di quota.

credit NASA clicca per ingrandire, click to enlarge

L’alba è ancora lontana, così puoi apprezzare meglio le intense sfumature di colori grazie alla sensibilità della macchina fotografica (per il nostro occhio è davvero impossibile cogliere alcune gradazioni).

foto dell’astronauta Scott Kelly, credit ESAclicca per ingrandire, click to enlarge

La ISS sorvola l’aurora mentre sopraggiunge l’alba che ne cancella la manifestazione, ma ora sai che l’aurora è presente costantemente giorno e notte, solo che di giorno non puoi vederla.

foto dell’astronauta Scott Kelly nel 2015 – clicca per ingrandire, click to enlarge

Aurora protonica: immagine composita dove a quella satellitare in luce visibile della Terra senza nuvole, è stata sovrapposta in falsi colori nell’UV quella dell’aurora protonica che appare come un anello di nuvole, ma non sono nuvole!

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

2a) DOVE ?

Si possono formare aurore su pianeti/Lune che:
NON hanno un campo magnetico proprio globale (intrinseco)
– hanno una magnetosfera indotta
ma sono dotati di una densa atmosfera

Venere è privo di campo magnetico e non oppone resistenza a quello solare veicolato dal vento solare

2b) COME ?

Quando è lo stesso vento solare a creare un campo magnetico perinduzione magnetica”: praticamente il pianeta crea un impedimento al campo magnetico solare, una “distorsione indotta“, scavando una nicchia

rappresentazione artistica della coda magnetica di Venere, sonda Venus Express, credit ESA

La coda indotta si forma in conseguenza dell’impedimento al vento solare, e in essa avviene la riconnessione magnetica che reindirizza le particelle in atmosfera

2c) CHI ? COSA ?
Venere e Titano – luna di Saturno
> Aurore protoniche planetarie

Venere

Secondo pianeta del Sistema Solare, a 108 milioni di km dal Sole

Venere è il pianeta più caldo del Sistema Solare. La densissima corrosiva atmosfera di Venere è 92 volte più densa di quella terrestre e 6,5 volte quella dell’acqua!

Venere è il pianeta più vulcanico del Sistema solare ed è un corpo geologicamente attivo: 37 dei suoi numerosi vulcani sono stati attivi di recente, anche se ora potrebbero essere dormienti.

Il radar della sonda Magellano ha mappato la superficie, credit NASA clicca per ingrandire, click to enlarge

La sua superficie è rovente (450° C) e la pressione altissima (90 volte quella terrestre a livello del mare)! Varie sonde “Venera” sovietiche hanno sfidato nel tempo le condizioni infernali inviando foto eccezionali e suoni prima di implodere o “friggere”.

credit Agenzia Spaziale Russa / Roscomosclicca per ingrandire, click to enlarge

Qui in comparazione con gli altri pianeti interni del Sistema Solare, Mercurio, Terra e Marte.

clicca per ingrandire, click to enlarge

Titano (Saturno)

Luna di Saturno, a circa 1 milione e 221 mila km dal gigante

Titano è il più grande satellite naturale del gigante gassoso Saturno, come si può apprezzare molto bene nella sottostante comparazione, ma anche uno dei corpi più massicci di tutto il Sistema Solare.

credit NASAclicca per ingrandire, click to enlarge

Titano è l’unico satellite del Sistema Solare ad avere una spessa atmosfera di azoto (95%) e metano (5%), 1,5 volte più densa di quella terrestre.

La sonda Huygens vi atterra nel gennaio 2005 – clicca per ingrandire, click to enlarge

Tale atmosfera esercita una pressione superficiale per il 50% maggiore rispetto alla nostra. Probabilmente Saturno è sempre invisibile dalla superficie!

scatto sonda Cassini, 15/02/2005, credit NASA – clicca per ingrandire, click to enlarge

Su Titano il METANO si comporta come l’acqua sulla Terra, essendo presente in forma sia solida che liquida che gassosa, quindi l’ambiente ricorda la Terra primordiale (fiumi, laghi, mari, nuvole… di metano), anche se la distanza dal Sole fa enorme differenza.

Inoltre in profondità (200 km) si ipotizza la presenza di un oceano di acqua liquida misto ad ammoniaca, quasi 11 volte maggiore che sulla Terra (mentre in Europa è più di 2 volte maggiore), il quale alimenta i crio-vulcani.

su Titano ed Europa, oltre all’acqua liquida qui considerata, anche il ghiaccio d’acqua è significativamente presente, credit PHL @ UPR Arecibo, NASA

Eccolo catturato davanti al disco del gigante gassoso dagli anelli più famosi del Sistema Solare (tuttavia non il solo ad averne).

credit NASA / JPL Caltech / Space Science Instituteclicca per ingrandire, click to enlarge

È molto più facile cogliere le dimensioni di un corpo celeste se confrontate con oggetti a noi più familiari …

comparazione tra Terra, Luna e Titanoclicca per ingrandire, click to enlarge

Qui è comparato anche ad altri pianeti e lune.

comparazione – clicca per ingrandire, click to enlarge

Non ha un campo magnetico e lungo la sua orbita si trova periodicamente esterno al campo magnetico di Saturno ed esposto direttamente al vento solare che ionizza la sua alta atmosfera.

magnetosfera di Saturno con Titano all’estrema sinistra – clicca per ingrandire, click to enlarge

3a) DOVE ?

Aurore si possono formare sui pianeti/Lune che hanno:
un campo magnetico proprio globale, anche se debole (1/80 del terrestre)
– una piccola stabile magnetosfera
e una tenue atmosfera

il campo magnetico debole di Mercurio non oppone resistenza a quello solare veicolato dal vento solare

3b) COME ?

Quando il vento solare interagisce con la piccola magnetosfera per “riconnessione magnetica”, anche qui scavando una nicchia

credit Geminute, author Emmanuel Alain Guilleminot Corro clicca per ingrandire, click to enlarge

3c) CHI ? COSA ?
Mercurio e Ganimede – luna di Giove
> Episodi di Riconnessione Magnetica

Mercurio

Primo pianeta del Sistema Solare, a 57,9 milioni di km dal Sole

Mercurio è il pianeta più vicino al Sole ed è anche il pianeta più piccolo del Sistema Solare.

dalla sonda Messenger, credit NASA clicca per ingrandire, click to enlarge

Mercurio ha un nucleo magnetico enorme, 85% del suo volume (il nucleo solido centrale da solo è il 50%) , ma il campo magnetico è debole (anche se maggiore di quello lunare e marziano) e tuttavia stabile, significativo e apparentemente globale.

rappresentazione della sonda Messenger che attraversa la sottile esosfera rilevando campo magnetico e tracce di gas ionizzati, credit Goddard Flight Space Center/NASAclicca per ingrandire, click to enlarge

Nella sottile esosfera particelle ionizzate principalmente di potassio (31,7%), Sodio (24,9%) e Ossigeno (14,8%), e una coda di 2,5 milioni di km di Sodio ionizzato, invisibile a occhio nudo.

credit NASA / Messenger

La magnetosfera indotta dal debole campo magnetico è circa 7 volte più piccola di quella terrestre ma riesce comunque a deviare ed imprigionare il plasma del vento solare in regioni simili alle Fasce di Van Allen terrestri.

Mercury magnetic field, credit NASA

Ganimede (Giove)

Luna di Giove, satellite galileiano o medicèo, a circa 1 milione di km dal gigante

Ganimede, il più grande e massiccio satellite del Sistema Solare, il quale possiede, unico, un campo magnetico (3 volte superiore a quello di Mercurio), e una tenue atmosfera di Ossigeno atomico ionizzato.

credit NASA clicca per ingrandire, click to enlarge

Il campo magnetico proprio intrinseco, ben visibile in questa illustrazione. Le aurore nascono dall’interazione tra la magnetosfera della luna e il plasma gioviano.

fonte Henrykus

Ganimede ha un’orbita sincrona con Giove ed in risonanza con IO ed Europa (per ogni sua orbita IO ne fa 4 ed Europa 2).

bellissimo fotomontaggio – clicca per ingrandire, click to enlarge

Subisce anche lui un riscaldamento dovuto alle forze mareali di cui ti parlo dopo, ma non così intensi come su Europa ed IO.

posizione delle orbite delle 4 lune galileiane – clicca per ingrandire, click to enlarge

A 200 km di profondità si ritiene inoltre nasconda un oceano di acqua salata (come Europa ed Encèlado), diviso in diversi strati a seconda della salinità.

sezione di Ganimede, l’oceano occuperebbe il secondo strato o strati multipli, con al di sotto il mantello ghiacciato

Aurore su Ganimede, che le linee di campo magnetico connettono alla Ionosfera di Giove. Queste aurore, come anche quelle di IO ed Europa, sono blu (visibili solo agli UV).

rappresentazione artistica delle aurore di Ganimede con Giove sullo sfondo, credit NASAclicca per ingrandire, click to enlarge

Poiché Ganimede è vicino a Giove, è anche incorporato nel suo campo magnetico: quando questo cambia, cambiano anche le aurore su Ganimede, “oscillando” avanti e indietro.

La sonda Galileo fotografa Ganimede e vengono sovrapposte cinture aurorali colorate qui in blu, credit NASA / ESA – clicca per ingrandire, click to enlarge

4a) DOVE ?

Aurore si possono formare sui pianeti:
privi di un proprio campo magnetico globale intrinseco (c’era nel lontano passato ma poi si è spento), dove tuttavia si trovano campi magnetici localizzati nella crosta (magnetosfere indotte)
– dotati di una piccola magnetosfera indotta
– con un’atmosfera rarefatta e una densa nuvola di Idrogeno in alta quota

il campo magnetico (magnetosfera) è indotto, video credit Media Inaf

Le correnti elettriche modellano i campi magnetici che le circondano, su Marte prendono la forma di “spaghetti” che si avvolgono in una danza complessa.

video credit Media Inaf

4b) COME ?

Il vento solare su Marte, non essendoci un campo magnetico globale ma indotto, si accumula di fronte in uno “shock di prua” (bowshock) e quindi non può raggiungere tutta l’atmosfera; tuttavia alcuni protoni riescono a scivolare oltre la barriera e sono proprio questi a produrre l’aurora protonica.

video credit Media Inaf

Le Aurore protoniche si formano di giorno (quindi sul lato diurno), quando la pioggia di protoni solari interagisce con la densa enorme nube di Idrogeno. D’estate il vapor acqueo marziano si perde nello spazio, dove viene scisso dai raggi UV solari in Idrogeno ed Ossigeno e così rifornisce la nube e aumentano le aurore protoniche.

animazione che mostra i passaggi: 1) protone carico ad alta energia, 2) diventa atomo neutro perché ruba elettrone all’Idrogeno e così supera lo shock, 3) e 4) si scontra con Idrogeno anche centinaia di volte e produce emissioni UV – credit 2016 NASA / MAVEN / Goddard Space Flight Center / Dan Gallagher

Deboli aurore discrete e diffuse (elettroniche), quando particelle solari cariche interagiscono con l’Ossigeno atomico presente nell’alta atmosfera, il quale provoca emissione nel verde (osservata sia nel visibile che nell’UV, la prima ben 16,5 volte più intensa).

rappresentazione artistica della sonda europea ExoMars TGO (“Trace Gas Orbiter”) in orbita marziana, credit ESA clicca per ingrandire, click to enlarge

4c) CHI ? COSA ?
Marte
> Aurore protoniche diurne e deboli e rare elettroniche

Marte

Quarto pianeta del Sistema Solare, a 2,27 milioni di km dal Sole

Ci sono tantissime foto splendide di Marte e non c’è che l’imbarazzo della scelta, quindi per ora ringrazio la disponibilità dell’astrofisico Daniele Gasparri

clicca per ingrandire, click to enlarge

… e dell’astrofotografo Damian Peach.

clicca per ingrandire, click to enlarge

Marte è un po’ più piccolo della Terra e di Venere ed è il pianeta più simile alla Terra nel Sistema Solare, per questo meta di progetti di missioni future, una volta stabilita una base operativa sulla Luna (missione Artemis).

credit NASA clicca per ingrandire, click to enlarge

Presenta varie strutture geologiche tra cui formazioni vulcaniche enormi, valli, calotte polari e deserti sabbiosi. Inoltre è sismicamente attivo.

credit NASA clicca per ingrandire, click to enlarge

Ecco l’immagine spettrografica ad Ultravioletti ripresa dalla sonda Maven, questa è un’aurora protonica impossibile per la nostra vista da cogliere. Il lato dove si forma è quello illuminato, dove arriva la pioggia di protoni solari, e a differenza della Terra, qui si forma dappertutto.

credit NASAclicca per ingrandire, click to enlarge

Questa invece è una rappresentazione animata delle aurore elettroniche visibili in UV.

credit professoressa Loretta Solmi

Ecco, ti saluto in attesa della seconda parte, e per aiutarti a far mente locale sulle dimensioni comparate tra satelliti e lune, eccoti una comoda infografica.

clicca per ingrandire, click to enlarge

Ora un piccola pausa prima di spingermi oltre Marte, verso i Giganti. Mi raccomando, non perderti la seconda parte con i giganti gassosi e ghiacciati, altre lune, una cometa e due stelle nane.

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 -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 -13c. Aurore extraterrestri ed extrasolari

Link utili:
– “Il Sistema Solare – Elenco Post” di Andreotti Roberto, Insa
– “Libro sul Sistema Solare: pianeti, pianeti nani, satelliti, asteroidi e corpi minori“, by Andreotti Roberto
– “Maven e le correnti elettriche su Marte“, di Media Inaf, Maura Sandri
– astrofotografia di Marte di Damian Peach
– astrofotografia di Marte di Daniele Gasparri
L’aurora marziana fa luce sul mutevole clima del pianeta rosso”, di Universe Journal
– “Aurore verdi nell’atmosfera di Marte“, AstronautiNEWS, Simone Montrasio
– “A cosa sono dovute le strane aurore su Marte“, Reccom Magazine
– “Mars Proton Aurora“, NASA / MAVEN / Goddard Space Flight Center / Dan Gallagher
Solar System Exploration, NASA Science
– “Viaggio nel Sistema Solare“, dottoressa Loretta Solmi per il corso di “Fisica dei pianeti” tenuto dal professor Bartolini, Facoltà di Astronomia dell’Università di Bologna, 2010

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