Il campo magnetico terrestre è una proprietà del nostro pianeta molto complessa da studiare e da interpretare. Volendo, possiamo paragonarlo a un bozzolo di dimensioni gigantesche che ci protegge dalle radiazioni cosmiche dalle particelle cariche che arrivano dal Sole: per la vita, almeno per come la conosciamo, è uno scudo imprescindibile, senza il quale non esisteremmo.
Il progetto Swarm, dell’Agenzia spaziale europea (Esa), con i suoi tre satelliti lanciati nel 2013, ha lo scopo di studiare (ossia: misurare e distinguere) i diversi campi magnetici che si formano dal nucleo, dal mantello, dalla crosta, dagli oceani, dalla ionosfera e dalla magnetosfera terrestre.
A tre anni dall’avvio del progetto, grazie alla mole di dati raccolta Swarm ha permesso di ricavare la più dettagliata mappa dei fenomeni magnetici che caratterizzano il nostro pianeta.
Ciò che differenzia questo lavoro da altri che l'hanno preceduto è che la mappa tiene conto anche degli strati del campo magnetico più difficili da rilevare, quelli che hanno origine nella crosta terrestre.
La maggior parte del campo geomagnetico viene generato a profondità superiori a 3.000 chilometri, dove inizia il nucleo esterno liquido e i moti del ferro fuso producono importanti correnti elettriche che determinano il campo magnetico. Il resto del campo magnetico che si rileva e che corrisponde al 6% circa delle forze magnetiche, è dovuto in parte alle correnti elettriche che circondano la Terra nello Spazio e in parte alle rocce magnetizzate della litosfera, ossia quello strato "rigido" del nostro pianeta formato da crosta e mantello superiore solido.
Ioni diversi danno origine a colori diversi. Le aurore polari si creano quando le particelle cariche di vento solare entrano in contatto con la ionosfera terrestre. L'atmosfera del nostro pianeta è composta per lo più di ossigeno e azoto, ma alle altitudini in cui le aurore si verificano (a partire da 100 km di quota) l'ossigeno è il gas prevalente. Quando gli atomi di gas sono investiti dalle particelle cariche di vento solare, acquistano energia, che poi cedono, rilasciando fotoni di diverse lunghezze d'onda. Gli atomi di ossigeno emettono luce verde e talvolta rossa; quelli di azoto, bagliori di color rosso intenso, blu e viola.
Foto: © Visit Finland, Flickr
Ne esistono anche di extraterrestri. Il pianeta Terra non è il solo da cui si può ammirare questo fenomeno. Le sonde Voyager 1 e 2 l'hanno fotografato anche ai poli di Giove, Saturno, Urano e Nettuno; dopo di loro, anche Hubble ha iniziato una lunga serie di avvistamenti (qui vediamo potenti aurore ai raggi X osservate ai poli di Giove). Le aurore extraterrestri sono spesso molto spettacolari per via dell'intensità dei campi magnetici dei rispettivi pianeti. Quella di Urano ha caratteristiche uniche, perché il pianeta ruota inclinato di lato, ma il suo campo magnetico è pressoché verticale. Nel caso di Urano, le aurore polari somigliano più a puntini di luce, che ad anelli.
Foto: © NASA/ESA/CXC
Si osservano anche lontano dai poli. Le particelle cariche di vento solare scivolano lungo le linee del campo magnetico terrestre, che si comporta come uno scudo, schermando il nostro pianeta dalle radiazioni dannose. Poiché le linee di campo convergono in prossimità dei poli (anche se non esattamente in corrispondenza dei poli geografici), in questi punti - 60°-70° di latitudine - le aurore si verificano con particolare frequenza. In caso di intensa attività solare, si possono osservare anche a latitudini inferiori, come a quelle scozzesi, ma anche a Londra e Pechino. Per vederle, però, occorre trovarsi in un luogo al riparo dall'inquinamento luminoso, una circostanza assai rara, per un'area metropolitana.
Foto: © Darren Webb
Sono calde... solo alla vista. Le luci danzanti potrebbero somigliare a lingue di fuoco, ma se misurassimo con un termometro la temperatura dell'aria a un centinaio di chilometri di quota, dove si verificano, avremmo temperature inferiori allo zero, a causa dell'estrema rarefazione dell'aria. Nella parte più alta della ionosfera le temperature si fanno invece incandescenti, arrivando anche a 2 mila gradi °C, a causa della velocità con cui si muovono le molecole di gas. Nella foto: aurore polari sopra ai Tykky, pinnacoli di ghiaccio e neve in Finlandia.
Foto: © Visit Finland, Flickr
Hanno qualcosa in comune con le lampadine. Dal punto di vista fisico il fenomeno che "accende" le aurore è del tutto analogo a quello che fa funzionare le lampade al neon, dove gli elettroni eccitano gli atomi di un gas rarefatto rendendolo incandescente, il tutto a basse temperature (rispetto a quanto avviene, per esempio, con una lampada a incandescenza). Nella foto: un'aurora australe fotografata dalla ISS.
Foto: © André Kuipers/ESA/NASA
Furono spesso interpretate come cattivi presagi. Soprattutto in antichità, e nei paesi dove il loro avvistamento era estremamente raro, come in Grecia. Gli Inuit di Canada e Groenlandia, più abituati al fenomeni, le associavano ai giochi degli spiriti celesti; i popoli della Lapponia alle anime dei defunti. I Vichinghi in Norvegia vedevano nelle aurore fiamme divine provenienti dall'Aldilà, più o la stessa interpretazione che i Maori australiani davano delle aurore australi.
Foto: © Ronel Reyes, Flickr
Le fotocamere le vedono meglio. Le aurore sono in genere molto tenui, e alcune lunghezze d'onda, come quella del rosso, sono al limite della percezione dell'occhio umano. Le fotocamere sono spesso più sensibili, specie se sfruttate in foto a lunga esposizione, lontane da fonti di luce interferenti.
Foto: © Trond Kristiansen, Flickr
Sono piuttosto imprevedibili. Si può prevedere l'intensità dell'attività magnetica solare, e si conoscono con buona approssimazione le aree solitamente più soggette al fenomeno. Ma è impossibile sapere in anticipo quale direzione assumeranno le espulsioni di massa coronale solare, gli eventi che più frequentemente danno origine alle aurore, finché queste non si verificano. Questo rende l'appuntamento con le aurore polari una fortunata combinazione di eventi, una circostanza mai scontata e, per questo, ancora più magica. guarda anche:Le aurore boreali del 12-14 settembre 2014
Foto: © Jorma Luhta, Visit Finland, Flickr
540 milioni di anni fa. È questa porzione di campo magnetico litosferico la più difficile da osservare, da rilevare e distinguere dal resto del campo magnetico terrestre, ed è questo che hanno fatto i tre satelliti di Sworm. Spiega Nils Olsen (Technical University of Denmark), uno degli scienziati che hanno lavorato alla nuova mappa magnetica: «Abbiamo combinato le misure effettuate da Swarm con dati storici raccolti dal satellite tedesco CHAMP. Utilizzando una tecnica al computer del tutto nuova è stato possibile isolare i deboli segnali magnetici della crosta».
La nuova mappa mostra le variazioni del campo geomagnetico molto più dettagliatamente rispetto alle precedenti, e si possono anche osservare le varie anomalie del campo, che talvolta indicano fenomeni geologici particolari e in gran parte ancora da interpretare.
Una delle anomalie più interessanti si trova nei territori della Repubblica Centrafricana, in particolare nell'area di Bangui, la capitale. Qui il campo magnetico è molto forte e intenso: l'origine dell'anomalia è ignoto, anche se alcuni geologi sostengono che potrebbe essere il risultato dell’impatto di un meteorite, oltre 540 milioni di anni fa.
Ulteriori indagini di questa e di altre zone fortemente magnetiche della Terra saranno necessarie, ma la mappa di Swarm costituisce un grande passo in avanti nella comprensione della storia del nostro pianeta.
