Come si formano le aurore e perché sono verdi o rosse?

Un arco verde attraversa il cielo notturno, con un tenue bagliore rosso più in alto. Quello che sembra un velo illuminato è luce prodotta nella nostra atmosfera: particelle energetiche, soprattutto elettroni, eccitano l’ossigeno e l’azoto ad alta quota. Quando questi atomi e molecole rilasciano energia, si produce un’aurora.

Il Sole fornisce l’energia che alimenta il processo. I colori, però, non dipendono dal colore del Sole, ma dai gas coinvolti, dal loro stato energetico e dalla quota. Persino lo stesso elemento può emettere luce sia verde sia rossa.

Dal Sole alla luce: quattro passaggi

Non si tratta semplicemente di particelle che volano in linea retta dal Sole fino all’aria terrestre. Per capire il fenomeno, segui il percorso dell’energia:

1. Il Sole emette un flusso di particelle. Il vento solare è formato da particelle elettricamente cariche e trasporta un campo magnetico. Non è un vento d’aria come quello che sentiamo al suolo.
2. Il vento solare interagisce con la magnetosfera. È la regione dello spazio dominata dal campo magnetico terrestre. L’energia può essere trasferita a questo sistema, accumulata e poi liberata.
3. Gli elettroni vengono accelerati. Si muovono lungo le linee del campo magnetico verso l’alta atmosfera. Queste linee descrivono la struttura del campo: non sono fili visibili nel cielo.
4. I gas atmosferici emettono luce. Negli urti, gli elettroni trasferiscono energia ad atomi e molecole, portandoli a uno stato energetico più elevato, detto «eccitato». Quando tornano a uno stato di energia inferiore, emettono luce (NOAA: Aurora, in inglese).

La distinzione fondamentale è questa: l’energia proviene in ultima analisi dal Sole, mentre il materiale che brilla appartiene all’atmosfera terrestre. L’aurora non è aria che brucia né una nube colorata arrivata dal Sole.

Perché soprattutto nelle regioni polari?

Il campo magnetico terrestre guida gli elettroni in modo che le aurore si concentrino spesso in due regioni ad anello intorno ai poli magnetici. Sono gli ovali aurorali. Nell’emisfero settentrionale si parla di aurora boreale; in quello meridionale di aurora australe.

Non immaginare una piccola calotta luminosa esattamente sopra ciascun polo geografico. Un ovale copre una vasta area e cambia con l’attività geomagnetica. Durante forti tempeste geomagnetiche può estendersi verso latitudini più basse, rendendo possibili aurore anche molto lontano dalle regioni polari (NOAA).

I circoli polari geografici e gli ovali aurorali sono cose diverse. I primi sono definiti dall’inclinazione dell’asse terrestre e dalle condizioni di illuminazione solare; i secondi sono legati al campo magnetico. Una linea a circa 66,5 gradi di latitudine non è quindi un confine fisso per la visibilità delle aurore.

Quali gas producono i colori?

Si potrebbe pensare che il verde debba provenire da un gas e il rosso da un altro. In realtà, l’ossigeno atomico può produrre entrambi i colori. I suoi diversi stati eccitati danno origine a emissioni luminose differenti.

Sono relazioni tipiche, non piani di colore con separazioni nette. La NASA collega questa varietà al gas, alla quota e all’energia delle particelle coinvolte (NASA: Auroras, in inglese).

Anche in una fotografia possono sovrapporsi più emissioni lungo la stessa direzione. Una sfumatura viola non è, da sola, una misura precisa della quota o dell’intensità di una tempesta solare.

Perché la luce rossa dell’ossigeno si forma più in alto?

Non basta che un atomo riceva energia: deve anche avere il tempo di rilasciarla sotto forma di luce.

Lo stato eccitato responsabile del rosso dell’ossigeno dura relativamente a lungo. Nell’aria più densa, altri urti possono sottrarre quell’energia prima dell’emissione della luce rossa. Più in alto l’aria è rarefatta e gli urti sono meno frequenti: l’emissione rossa trova condizioni migliori. L’emissione verde è più rapida e può quindi risaltare a quote inferiori (NPS: The Colors of the Aurora, in inglese).

La regola da ricordare è: lo stesso elemento può emettere luce in modi diversi e la densità dell’aria contribuisce a determinare quali emissioni diventano visibili. Dire semplicemente «rosso significa più energia del verde» sarebbe scorretto.

Da dove arrivano archi, raggi e cortine?

Le aurore non sono lampade immobili. La distribuzione degli elettroni in arrivo e i processi nella magnetosfera cambiano, creando archi, raggi sottili, pieghe e cortine in movimento. L’orientamento di molte strutture è legato al campo magnetico.

Il bagliore si produce molto al di sopra delle normali nubi meteorologiche. La NOAA indica un intervallo complessivo tipico di circa 80–500 chilometri di quota. Un banco di nubi può quindi passare davanti all’aurora e nasconderla, mentre questa continua a brillare più in alto.

Formazione e visibilità non sono la stessa cosa

Un’aurora può verificarsi senza essere visibile dal tuo punto di osservazione. Tieni separate tre verifiche:

1. Meteo spaziale: ci sono segnali di maggiore attività aurorale pertinenti alla tua regione? Consulta un servizio specializzato come il NOAA Space Weather Prediction Center, invece di basarti soltanto su una foto colorata scattata altrove.
2. Condizioni del cielo: è buio e abbastanza sereno? La luce del giorno può coprire il debole bagliore. Le lunghe notti invernali facilitano l’osservazione alle alte latitudini; il freddo in sé non provoca le aurore.
3. La tua osservazione: annota luogo, ora, direzione, forma e colore. Distingui ciò che hai visto a occhio nudo da ciò che compare solo in una fotografia. Le fotocamere possono rilevare aurore deboli che sfuggono ai nostri occhi (NASA).

Una fotografia verde brillante non garantisce quindi un’esperienza altrettanto colorata sul posto. E una previsione favorevole non sostituisce un cielo libero né un avvistamento effettivo.

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Con LiveGlobe 3D puoi ruotare il globo, ingrandire la vista, cercare luoghi e visualizzare i circoli polari geografici. Confronta, per esempio, la Scandinavia settentrionale con l’Europa centrale, ricordando che un circolo polare geografico non è un ovale aurorale. Per l’accesso web è previsto il login; la ricerca dei luoghi dipende da servizi esterni.

L’articolo Perché il cielo è blu e i tramonti sono spesso rossi? descrive un meccanismo diverso: la diffusione della luce solare già presente. Nell’aurora sono i gas eccitati a emettere luce.

Esplora le regioni polari con LiveGlobe 3D tenendo a mente questa sequenza: Sole → magnetosfera → elettroni energetici → gas atmosferici eccitati → luce.