La termosfera si trova al di sopra della mesosfera, ad una quota compresa tra 90 e 500 km sopra la superficie della Terra. Oltre la termosfera troviamo l’esosfera.
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Struttura verticale dell’atmosfera
Termosfera
L'aumento della temperatura che caratterizza la termosfera è causato principalmente dall'assorbimento di radiazioni UV molto intense. A causa della bassissima pressione e della quasi assenza di particelle, a questa quota non è possibile misurare la temperatura in senso lato in quanto nell’esosfera, che rappresenta lo strato più esterno (alto) dell’atmosfera, le singole particelle di gas sono così distanti tra loro che non si scontrano più e possono anche allontanarsi verso lo spazio.
Le suggestive aurore polari si formano proprio all'interno della termosfera. Tuttavia, l'origine di questo fenomeno risiede nel campo magnetico terrestre, o meglio nelle particelle solari che interagiscono con esso. Per essere ancora più precisi, le aurore si verificano nella ionosfera, che coincide in gran parte con la termosfera, ma che tocca per alcuni chilometri anche la parte alta della mesopausa, ovvero lo strato di transizione che separa la mesosfera dalla termosfera.
Aurore polari
Le aurore sono originate da un'elevata attività solare. In questo processo, il Sole emette notevoli quantità di particelle elettricamente cariche (elettroni e ioni), che impiegano da uno a cinque giorni a raggiungere la Terra. Gli elettroni e i protoni così liberati vengono trattenuti dal campo magnetico del Sole. Tuttavia, le macchie solari che si formano sulla superficie del Sole possono dare origine a una temporanea alterazione del campo magnetico. In questo processo, le linee di campo si spezzano e le particelle cariche vengono scagliate in modo molto intenso nello spazio. Il movimento di queste particelle attraverso lo spazio è noto come vento solare.
Le particelle emesse dal Sole vengono deviate verso nord o verso sud per effetto del campo magnetico terrestre. A causa di questa deviazione, le particelle vengono accelerate verso i poli e infine trasportate in direzione della superficie terrestre. La collisione delle particelle solari con le molecole di ossigeno e azoto presenti nell'atmosfera terrestre in prossimità dei poli si manifesta con le note aurore.
Nelle regioni vicine al Polo Nord le aurore sono chiamate aurore boreali, mentre nell'emisfero sud esse prendono il nome di aurore australi.
Le aurore si formano di regola ad un’altitudine compresa tra 100 e 400 km, in casi estremi fino a 600 km sopra la superficie terrestre. Il colore dipende dal tipo di atomo colpito dalla particella solare e dal livello di energia del vento solare:
- Rosso: a quote comprese tra 300 e 400 km, per effetto della presenza di atomi di ossigeno. Alle nostre latitudini è il colore più frequente.
- Verde: a quote comprese tra 100 e 300 km, per effetto della presenza di atomi di ossigeno. È il colore che si osserva più di frequente (tuttavia a causa della quota a cui si forma è visibile solo alle alte latitudini)
- Rosa: a quote attorno a 100 km, per effetto della presenza di atomi di azoto.
- Blu e viola: per effetto della presenza di molecole di idrogeno ed elio, tuttavia praticamente impercettibili a occhio nudo.
All’occhio umano, l’aurora boreale si percepisce raramente con colori intensi. Solo dopo un tempo di adattamento dell’occhio di circa 20 minuti si sviluppano le cellule di sensibilità alla luce che ci consentono di vedere meglio al buio. Immagini colorate si ottengono in modo rapido tramite fotografia, in quanto le fotocamere sono più sensibili alla luce. Con un tempo di esposizione il più lungo possibile, è possibile realizzare immagini dell’aurora boreale anche in presenza di fenomeni poco intensi.
Espulsione di massa coronale
Il Sole emette costantemente particelle cariche di elettricità, che vengono in seguito scagliate nello spazio a una velocità compresa tra 300’000 e 400’000 metri al secondo. Occasionalmente, sulla superficie del sole si formano buchi coronali e macchie solari. I primi causano una notevole accelerazione del vento solare (700’000 m/s), che può dar origine a un'intensa attività aurorale (vento solare). Le macchie solari che appaiono sulla superficie del sole danno invece spesso origine a eruzioni solari più frequenti, che si traducono a loro volta nell'espulsione di materia solare nello spazio, nota come espulsione di massa coronale (coronal mass ejection, CME). L'arrivo delle CME in prossimità del nostro pianeta può manifestarsi con tempeste magnetiche in grado di generare aurore fino alle medie latitudini.
L’attività solare è irregolare e compie un ciclo di 11 anni tra un minimo e un massimo. Ciò si manifesta visivamente con una variazione del numero di macchie solari presenti sulla superficie del Sole. Nella sua fase di minima attività, il Sole non presenta macchie; nella fase di alta attività, invece, la sua superficie è ricoperta da decine di macchie. In questa fase anche le CME sono numerose, un fattore che va ad accrescere la probabilità che si verifichino tempeste magnetiche e intense aurore.
Le aurore polari sono pericolose?
Il campo magnetico terrestre genera affascinanti aurore polari, ma ci protegge anche dalle radiazioni cosmiche potenzialmente letali. Quando le tempeste magnetiche sono particolarmente intense, esse possono avere un notevole impatto, non direttamente per la nostra salute, ma per i dispositivi tecnologici. Possono creare disturbi alle reti elettriche come pure alle comunicazioni radio e satellitari. Interruzioni di corrente o malfunzionamenti dei sistemi di navigazione (satelliti) possono dare origine a ulteriori guasti, che possono a sua volta avere conseguenze di vasta portata.
È possibile prevedere le aurore polari?
Il monitoraggio, la ricerca e la previsione delle tempeste magnetiche sono importanti a causa dei potenziali pericoli ad esse associati. Ad esempio, sia la NOAA che il Servizio meteorologico britannico gestiscono un centro di previsioni di fenomeni spaziali. Essi elaborano previsioni sulle aurore polari che, data la loro elevata complessità, sono molto difficili da prevedere e comunque solo a breve termine. Tuttavia, al giorno d’oggi esistono anche numerose app che forniscono indicazioni sulla probabilità che si verifichi l’aurora polare.
Aurore boreali in Svizzera
Nonostante la Svizzera si trovi a circa 5000 km di distanza dal Polo Nord, dal 2020 gli avvistamenti di aurora boreale in Svizzera sono aumentati notevolmente. Nel 2020 si è raggiunto un minimo di attività solare che ha segnato l’inizio di un nuovo ciclo di 11 anni. Negli anni successivi il numero delle tempeste solari è aumentato progressivamente, raggiungendo il picco attorno al 2025.
Per poter vedere l’aurora boreale anche in Svizzera sono necessarie intense tempeste solari, in grado di influenzare fortemente il campo magnetico terrestre fino addirittura a deformarlo. Di conseguenza, le linee di campo non terminano esattamente ai poli, ma leggermente più a sud, ampliando così anche la fascia in cui le particelle solari possono interagire con l’atmosfera. Il 10 maggio 2024 sono state osservate aurore boreali persino nell’area del Mediterraneo.