La collisione tra aurore provoca esplosioni di luce

Talvolta gli enormi drappeggi che formano le Aurore Boreali si scontrano, dando origine a spettacolari esplosioni di luci. Alcuni filmati sul fenomeno sono stati mostrati recentemente al meeting autunnale dell’Unione Geofisica Americana, tenutosi il 17 dicembre a San Francisco.

“Ci sono caduti gli occhi e siamo rimasti letteralmente a bocca aperta, quando abbiamo visto per la prima volta questi filmati” dice lo scienziato spaziale Larry Lyons dell’UCLA, leader del team che ha fatto la scoperta. “Queste esplosioni ci dicono qualcosa di assolutamente fondamentale sulla natura delle aurore”.

Ecco la collisione tra due aurore, ripresa dall’ASI (All-Sky Imager) della THEMIS il 29 febbraio del 2008.

vedi filmato

La collisione avviene in una scala così grande che osservatori isolati sulla Terra, con un $campo$ di visuale limitato, non avevano mai notato finora. A scoprirlo è stato un network di telecamere sparse per migliaia di chilometri.

Questo network è stato creato dalla NASA e dalla Canadian Space Agency per il $THEMIS$ (che sta per “Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms”).$THEMIS$ consiste in cinque sonde spaziali lanciate del 2006 con lo scopo di risolvere un mistero: perché le aurore talvolta danno luogo ad esplosioni di luci dette “substorm”?

Venti unità $ASI$ sono state disseminate nel territorio dell’Alaska e dell’Artide Canadese per poter fotografare le aurore dal basso, mentre le sonde campionavano le particelle cariche ed il $campo$ elettromagnetico dall’alto. Agendo insieme, le telecamere e le sonde avrebbero visto l’azione da sopra e da sotto e sarebbero state capaci di riconoscere causa ed effetto – almeno così speravano i ricercatori.

Ed è stato proprio così! La svolta c’è stata all’inizio di quest’anno quando il ricercatore dell’UCLA Toshi Nishimura ha completato il lavoro certosino di assemblaggio di tutti i filmati relativi ad un continente intero, provenienti dalle videocamere $ASI$.

Le 20 videocamere $ASI$ sono state poste in Canada e Alaska da ricercatori dell’università di Berkeley, di Calgary e dell’Alaska, a supporto della missione $THEMIS$. Questa mappa mostra la loro collocazione e la zona di copertura di ognuna.

Nashimura dice: “E’ veramente complesso: ogni videocamera ha le proprie condizioni climatiche e di luce ed inoltre le aurore appaiono a distanze differenti rispetto ad ogni camera. Ho dovuto tenere conto di questi fattori per 6 o più camere contemporaneamente per poter creare un filmato coerente, a larga scala”. Il primo film che lui aveva mostrato a Lyons nel dicembre 2007 mostrava una coppia di aurore che si scontravano.

Lyons ricorda: “E’ stato un qualcosa che non avevo mai visto finora e nei giorni successivi avevamo analizzato ancora altri eventi. La nostra eccitazione è aumentata di colpo quando ci siamo resi conto che queste collisioni si ripetevano continuamente”.

I ricercatori pensano che le esplosioni di luce siano il segno di qualcosa di drammatico che avviene nello spazio intorno alla Terra, specificatamente all’interno della coda di plasma della Terra. Lunga milioni di km ed in direzione opposta rispetto al Sole, la coda di plasma è formata da particelle cariche catturate principalmente dal vento solare. Detta anche plasma sheet, la coda è mantenuta a posto dal $campo$ magnetico terrestre.

ingrandisci

Lo stesso $campo$ magnetico che tiene assieme la coda, la connette alle regioni polari terrestri: osservare la danza delle luci boreali può mostrarci molto di quello che sta succedendo nella coda di plasma.A fianco vediamo una rappresentazione schematica della magnetosfera terrestre: la terra è ovviamente il dischetto bianco, mentre la coda di plasma è indicata dal colore giallino.

Analizzando parecchie collisioni, Lyons e Nishimura hanno individuato una sequenza comune di eventi, che inizia con due elementi, da un lato un grande sipario di aurore che si muovono lentamente e dall’altro una manciata (knot) di aurore molto veloci, poste inizialmente a grande distanza. Il sipario lento si sposta con calma e rifulge sopra l’Artico, mentre il gruppetto di aurore veloci si sposta dal Nord: le due aurore entrano in collisione e si ha un’esplosione di luce.

Come si correla questa sequenza di eventi con la coda di plasma? Lo scienziato Dave Sibeck, del Goddard Space Flight Center, del team $THEMIS$ dice che “Per rispondere a questa domanda c’era bisogno di pensare in modo molto creativo ed il team ce l’ha fatta”.

Lyons crede che il gruppetto di aurore veloci sia associato ad un flusso (stream) di plasma relativamente leggero che si muove all’interno della coda di plasma. Il flusso ha inizio nelle regioni esterne della coda di plasma e si muove rapidamente dall’interno verso la Terra ed il manipolo di aurore veloci si muove in sincronismo con quest’ultimo.

Nel frattempo, il grande sipario di aurore lente se ne sta lì sospeso sopra l’Artico, illuminando delicatamente le zone sottostanti, praticamente facendosi i fatti propri. Questo sipario è collegato al confine stazionario interno della coda di plasma ed è alimentato dalle instabilità locali di plasma. Nell’immagine a fianco vediamo delle aurore che stanno lì lì per scontrarsi.

Allorché lo stream leggero raggiunge il confine della coda di plasma… bang … si ha un’eruzione di onde di plasma e di instabilità. Questa collisione di plasma si mostra come collisione di aurore al di sopra dei poli.

I radar della Fondazione Nazionale della Scienza (NSF) posti in Alaska e Groenlandia, confermano il quadro della situazione: hanno infatti registrato echi dagli stream di materiale in corsa verso la parte superiore dell’atmosfera terrestre poco prima che le aurore si scontrassero emettendo bagliori di luce.

Anche le sonde $THEMIS$ confermano questi fatti. Volando attarverso la coda di plasma, hanno confermato l’esistenza di materiale leggero in corsa verso la Terra. “Raccogliendo i dati provenienti da videocamere terrestri, radar terrestri, e dalle stesse sonde spaziali $THEMIS$, ora abbiamo il quadro completo della causa che origina queste substorm esplosive” afferma Sibeck.
E che quadro!

Ecco altri filmati:
18 dicembre 2007
4 febbraio 2008
29 febbraio 2008

Articolo in lingua originale