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.
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
- 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)
- non mi soffermerò sulle caratteristiche tecniche in questa sede, già minuziosamente descritte nel “Sistema Solare“ sempre aggiornato di Andreotti Roberto (Istituto Nazionale Studi Astronomici) o nel “Viaggio nel Sistema Solare“ (2011) della dottoressa Loretta Solmi.
- 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
Aurore – fondamentalmente sono di 2 tipi:
- aurore “elettroniche“: causate dall’interazione degli elettroni carichi con gli atomi atmosferici
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…
- aurore “protoniche“: causate dalla pioggia di protoni energetici in alta atmosfera
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…
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
Lo scudo della magnetosfera crea la coda magnetica che poi diventa potente generatore elettrico in seguito a “riconnessione magnetica”.
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
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.
Parte dell’ovale aurorale visto dalla ISS che orbita a circa 400 km di quota.
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).
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.
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!
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
2b) COME ?
Quando è lo stesso vento solare a creare un campo magnetico per “induzione magnetica”: praticamente il pianeta crea un impedimento al campo magnetico solare, una “distorsione indotta“, scavando una nicchia
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.
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”.
Qui in comparazione con gli altri pianeti interni del Sistema Solare, Mercurio, Terra e Marte.
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.
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.
Tale atmosfera esercita una pressione superficiale per il 50% maggiore rispetto alla nostra. Probabilmente Saturno è sempre invisibile dalla superficie!
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.
Eccolo catturato davanti al disco del gigante gassoso dagli anelli più famosi del Sistema Solare (tuttavia non il solo ad averne).
È molto più facile cogliere le dimensioni di un corpo celeste se confrontate con oggetti a noi più familiari …
Qui è comparato anche ad altri pianeti e lune.
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.
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
3b) COME ?
Quando il vento solare interagisce con la piccola magnetosfera per “riconnessione magnetica”, anche qui scavando una nicchia
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.
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.
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.
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.
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.
Il campo magnetico proprio intrinseco, ben visibile in questa illustrazione. Le aurore nascono dall’interazione tra la magnetosfera della luna e il plasma gioviano.
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).
Subisce anche lui un riscaldamento dovuto alle forze mareali di cui ti parlo dopo, ma non così intensi come su Europa ed IO.
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.
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).
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.
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
Le correnti elettriche modellano i campi magnetici che le circondano, su Marte prendono la forma di “spaghetti” che si avvolgono in una danza complessa.
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.
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.
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).
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 …
… e dell’astrofotografo Damian Peach.
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).
Presenta varie strutture geologiche tra cui formazioni vulcaniche enormi, valli, calotte polari e deserti sabbiosi. Inoltre è sismicamente attivo.
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.
Questa invece è una rappresentazione animata delle aurore elettroniche visibili in UV.
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.
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.
La serie completa “In a nutshell” about Aurora
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
| HOME |
