Paul Sparks
0 
905
167
Uno strato denso di molecole e particelle caricate elettricamente, chiamato ionosfera, è sospeso nell'atmosfera superiore della Terra a partire da circa 35 miglia (60 chilometri) sopra la superficie del pianeta e si estende oltre 620 miglia (1.000 km). La radiazione solare proveniente dall'alto colpisce le particelle sospese nello strato atmosferico. I segnali radio dal basso rimbalzano dalla ionosfera verso gli strumenti a terra. Dove la ionosfera si sovrappone ai campi magnetici, il cielo esplode in brillanti giochi di luce che sono incredibili da vedere.
Dov'è la ionosfera?
Diversi strati distinti compongono l'atmosfera terrestre, compresa la mesosfera, che inizia a 50 km in su, e la termosfera, che inizia a 85 km in su. La ionosfera è composta da tre sezioni all'interno della mesosfera e della termosfera, etichettate come strati D, E ed F, secondo il Centro per l'educazione scientifica dell'UCAR.
Radiazioni ultraviolette estreme e raggi X del sole bombardano queste regioni superiori dell'atmosfera, colpendo gli atomi e le molecole trattenuti all'interno di quegli strati. La potente radiazione rimuove gli elettroni caricati negativamente dalle particelle, alterando la carica elettrica di quelle particelle. La risultante nuvola di elettroni liberi e particelle cariche, chiamate ioni, ha portato al nome "ionosfera". Il gas ionizzato, o plasma, si mescola con l'atmosfera più densa e neutra.
La concentrazione di ioni nella ionosfera varia con la quantità di radiazione solare che colpisce la Terra. La ionosfera diventa densa di particelle cariche durante il giorno, ma quella densità diminuisce di notte quando le particelle cariche si ricombinano con gli elettroni spostati. Interi strati della ionosfera appaiono e scompaiono durante questo ciclo quotidiano, secondo la NASA. Anche la radiazione solare oscilla per un periodo di 11 anni, il che significa che il sole può emettere più o meno radiazioni a seconda dell'anno.
I brillamenti solari esplosivi e le raffiche di vento solare provocano improvvisi cambiamenti nella ionosfera, collaborando con venti di alta quota e sistemi meteorologici avverse che si infrangono sulla Terra sottostante.
Illumina i cieli
La superficie rovente del sole espelle flussi di particelle altamente caricate, e questi flussi sono noti come vento solare. Secondo il Marshall Space Flight Center della NASA, il vento solare vola attraverso lo spazio a circa 25 miglia (40 km) al secondo. Dopo aver raggiunto il campo magnetico terrestre e la ionosfera sottostante, i venti solari innescano una reazione chimica colorata nel cielo notturno chiamata aurora.
Quando i venti solari sferzano la Terra, il pianeta rimane schermato dietro il suo campo magnetico, noto anche come magnetosfera. Generata dalla zangolatura del ferro fuso nel nucleo terrestre, la magnetosfera invia la radiazione solare che corre verso entrambi i poli. Lì, le particelle cariche entrano in collisione con le sostanze chimiche che turbinano nella ionosfera, generando le affascinanti aurore.
Gli scienziati hanno scoperto che il campo magnetico del sole schiaccia quello più debole della Terra, spostando le aurore verso il lato notturno del pianeta, come riportato da Popular Mechanics.
Vicino ai circoli artici e antartici, le aurore attraversano il cielo ogni notte, secondo il National Geographic. Le colorate cortine di luce, note rispettivamente come aurora boreale e aurora australiana, sono sospese a circa 1.000 km sopra la superficie terrestre. Le aurore si illuminano di verde-giallo quando gli ioni colpiscono le particelle di ossigeno nella ionosfera inferiore. La luce rossastra fiorisce spesso lungo i bordi delle aurore e anche il viola e il blu appaiono nel cielo notturno, sebbene ciò accada raramente.
"La causa dell'aurora è in qualche modo nota, ma non è del tutto risolta", ha detto Toshi Nishimura, geofisico presso la Boston University. "Ad esempio, ciò che causa un particolare tipo di colore di aurora, come il viola, è ancora un mistero".
Chi è Steve?
Oltre alle aurore, la ionosfera ospita anche altri impressionanti spettacoli di luce.
Nel 2016, i cittadini scienziati hanno individuato un fenomeno particolarmente accattivante, che gli scienziati hanno faticato a spiegare, secondo quanto riportato in precedenza dal sito gemello Space.com. Fiumi luminosi di luce bianca e rosata scorrevano sul Canada, che è più a sud di quanto appaia la maggior parte delle aurore. Di tanto in tanto, macchie di verde si univano al mix. Le misteriose luci furono chiamate Steve in omaggio al film d'animazione "Over the Hedge" e furono successivamente ribattezzate come "Strong Thermal Emission Velocity Enhancement" - ancora STEVE in breve.
"Studiamo l'aurora da centinaia di anni e non potremmo, e ancora non possiamo, spiegare cosa sia Steve", ha detto Gareth Perry, uno scienziato della meteorologia spaziale presso il New Jersey Institute of Technology. "È interessante perché le sue emissioni e proprietà sono diverse da qualsiasi altra cosa osserviamo, almeno con l'ottica, nella ionosfera".
Secondo uno studio del 2019 sulla rivista Geophysical Research Letters, le strisce verdi all'interno di STEVE potrebbero svilupparsi in modo simile a come si formano le aurore tradizionali, quando le particelle cariche piovono sull'atmosfera. In STEVE, tuttavia, il fiume di luce sembra brillare quando le particelle all'interno della ionosfera si scontrano e generano calore tra di loro.
Comunicazione e navigazione
Sebbene le reazioni nella ionosfera dipingano il cielo con tonalità brillanti, possono anche interrompere i segnali radio, interferire con i sistemi di navigazione e talvolta causare interruzioni di corrente diffuse.
La ionosfera riflette le trasmissioni radio inferiori a 10 megahertz, consentendo ai militari, alle compagnie aeree e agli scienziati di collegare radar e sistemi di comunicazione su lunghe distanze. Questi sistemi funzionano meglio quando la ionosfera è liscia, come uno specchio, ma possono essere interrotti da irregolarità nel plasma. Le trasmissioni GPS attraversano la ionosfera e quindi presentano le stesse vulnerabilità.
"Durante grandi tempeste geomagnetiche o eventi meteorologici spaziali, le correnti [nella ionosfera] possono indurre altre correnti nel terreno, reti elettriche, condutture, ecc. E provocare il caos", ha detto Perry. Una di queste tempeste solari ha causato il famoso blackout del Quebec del 1989. "Trent'anni dopo, i nostri sistemi elettrici sono ancora vulnerabili a tali eventi".
Gli scienziati studiano la ionosfera utilizzando radar, telecamere, strumenti satellitari e modelli di computer per comprendere meglio le dinamiche fisiche e chimiche della regione. Armati di questa conoscenza, sperano di prevedere meglio le interruzioni nella ionosfera e prevenire i problemi che possono causare sul terreno sottostante.
Risorse addizionali:
- Guarda una presentazione di fantastiche aurore dal National Geographic.
- Scopri come funziona il GPS con lo Smithsonian National Air and Space Museum.
- Guarda un'animazione del campo magnetico terrestre in azione, da Nova e dalla Khan Academy.