Aurora boreale: la fisica nascosta dietro le luci del Nord

L'aurora boreale è uno degli spettacoli più ipnotici della natura, ma la sua causa non ha nulla a che vedere con il freddo o con il ghiaccio: nasce a centinaia di chilometri di quota, dallo scontro tra il vento solare e l'atmosfera terrestre. Le tende luminose verdi, rosse e violacee che danzano sopra l'Artico sono il segno visibile di una battaglia invisibile tra il Sole e lo scudo magnetico del nostro pianeta.

Tutto comincia a 150 milioni di chilometri di distanza. Il Sole emette di continuo un flusso di particelle cariche — elettroni e protoni — chiamato vento solare. Quando questo flusso raggiunge la Terra, incontra la magnetosfera, la bolla generata dal campo magnetico terrestre. Come spiega il servizio di meteorologia spaziale della NOAA dedicato all'aurora, la maggior parte delle particelle viene deviata, ma una parte resta intrappolata e viene incanalata verso i poli magnetici lungo le linee del campo.

Perché brilla il cielo

Arrivate nell'alta atmosfera, le particelle solari collidono con gli atomi e le molecole di gas. L'urto trasferisce energia agli atomi, i cui elettroni «saltano» a un livello superiore; quando ricadono nello stato normale, restituiscono quell'energia sotto forma di luce. È lo stesso principio di un tubo al neon, ma su scala planetaria. Il colore dipende dal gas colpito e dalla quota, come illustra la pagina scientifica della NASA dedicata alle aurore.

Il verde, la tonalità più comune, è prodotto dall'ossigeno atomico tra i 100 e i 250 km di altezza. Il rosso, più raro, viene dall'ossigeno a quote superiori, oltre i 250 km, dove l'aria è rarefatta. Il blu e il viola nascono invece dall'azoto. La danza continua delle luci segue le fluttuazioni del campo magnetico e del flusso di particelle, motivo per cui l'aurora non è mai uguale a sé stessa.

Una corona attorno ai poli

Le aurore non compaiono a caso ma si concentrano in due anelli, chiamati ovali aurorali, centrati sui poli magnetici. Nell'emisfero nord parliamo di aurora boreale, in quello sud di aurora australe: i due fenomeni sono quasi speculari e si accendono in contemporanea. Quando il Sole è particolarmente attivo, l'ovale si allarga e l'aurora può scendere a latitudini insolite. Durante la grande tempesta solare del 1859, il cosiddetto evento di Carrington, le luci furono visibili persino ai Caraibi.

Non solo bellezza

Dietro lo spettacolo si nasconde anche un avvertimento. Le stesse tempeste geomagnetiche che generano aurore spettacolari possono disturbare le reti elettriche, i satelliti e le comunicazioni radio. Nel 1989 una tempesta solare lasciò al buio per nove ore l'intera regione canadese del Québec. È per questo che agenzie come l'Agenzia Spaziale Europea monitorano costantemente il Sole: prevedere l'aurora significa anche proteggere le nostre infrastrutture tecnologiche.

La prossima volta che ammirerete una fotografia di luci polari, ricordate che state guardando il punto d'impatto tra una stella e un pianeta. Ogni bagliore verde è un atomo di ossigeno che, colpito da una particella partita dal Sole due giorni prima, restituisce al cielo l'energia ricevuta. Come ricorda anche la voce enciclopedica sull'aurora polare, è uno dei pochi fenomeni in cui possiamo letteralmente vedere il campo magnetico terrestre all'opera.

STEVE e gli altri misteri del cielo

L'aurora riserva ancora sorprese. Nel 2018, grazie alle segnalazioni di appassionati fotografi e ai dati dei satelliti, gli scienziati hanno descritto un fenomeno nuovo: un nastro luminoso violaceo e stretto, accompagnato da una «staccionata» verde, ribattezzato con ironia STEVE (Strong Thermal Emission Velocity Enhancement). Non è una vera aurora classica, ma il bagliore di un fiume di plasma caldissimo che scorre nell'alta atmosfera. La scoperta ha mostrato come anche un fenomeno studiato da secoli possa nascondere capitoli inediti, e quanto la citizen science possa contribuire alla ricerca.

Dove e quando ammirarla

Per vedere l'aurora boreale servono tre ingredienti: latitudine alta, cielo buio e attività solare. Le mete classiche sono la Norvegia settentrionale, l'Islanda, la Laponia finlandese e svedese, l'Alaska e il Canada del nord, idealmente tra settembre e marzo, quando le notti sono lunghe. È utile allontanarsi dalle luci delle città e consultare le previsioni dell'indice Kp, che stima l'intensità dell'attività geomagnetica: più è alto, più l'aurora scende a sud e diventa brillante.

Va anche detto che l'occhio umano percepisce i colori dell'aurora in modo più tenue rispetto alle fotografie: le macchine fotografiche, con lunghe esposizioni, accumulano luce e saturano i verdi e i rossi che a occhio nudo appaiono spesso biancastri o pallidi. Non è un trucco, ma una conseguenza della scarsa sensibilità cromatica della nostra retina in penombra. Anche così, trovarsi sotto le luci del Nord che ondeggiano in silenzio resta una delle esperienze più memorabili che la natura possa offrire: un promemoria, in tempo reale, di quanto la Terra sia connessa al Sole e di quanto fragile e meraviglioso sia lo scudo invisibile che ci protegge.