Articolo di Elisabetta Bonora –  www.aliveuniverseimages.com

Aprile e maggio saranno i mesi in cui ci avvicineremo al massimo solare previsto per il ciclo 24, ossia il periodo di maggiore attività della nostra stella. Così, questo sarà il momento migliore per osservare uno dei spettacoli più emozionanti che ci offre la natura, le aurore. Terra vengono chiamate comunemente aurore boreali o australi, oppure semplicemente aurore polari perché sono fenomeni che si verificano intorno ai poli e alle alte latitudini del nostro pianeta. Si formano a causa dell’interazione delle particelle cariche provenienti dal Sole con la ionosfera terrestre, ossia la fascia di atmosfera compresa tra 100 e 500 chilometri di quota.

Aurora dalla Stazione Spaziale Internazionale
(Expedition 30 – 28 marzo 2012)
Credit: NASA

Protoni ed elettroni arrivano con il vento solare: parte di essi “scivolano” sulla magnetosfera e proseguono oltre, altri riescono a penetrare fino alla ionosfera nel punto in cui il nostro campo magnetico è più forte, ossia ai poli. Questa interazione eccita le particelle cariche degli strati superiori dell’atmosfera terrestre che si “accendono” per  ionizzazione: lo scambio di elettroni tra gli atomi genera energia sotto forma di fotoni nello spettro visibile, ossia luce. I diversi colori che vediamo dipendono poi dai gas interessati dal processo: ognuno risponde ad una caratteristica lunghezza d’onda e quindi produce un colore specifico.

Tuttavia, le aurore non si verificano solo sulla Terra ma risplendono anche su altri pianeti del nostro Sistema Solare e probabilmente anche in altri sistemi planetari.

Credit: X-ray: NASA/CXC/SwRI/R.Gladstone et al.; Optical: NASA/ESA/Hubble Heritage (AURA/STScI)

Grazie alle osservazioni ed ai dati ricevuti in questi anni di esplorazione spaziale, ora, sappiamo che non tutte le aurore sono strettamente relazionate all’attività solare: su Giove, ad esempio, sono innescate dalla rotazione stessa del pianeta e sono sempre presenti.

Giove ruota attorno al proprio asse ogni 10 ore con il suo grande campo magnetico producendo enormi quantità di energia, soprattutto ai poli. Rilevate per la prima volta dalla Voyager 1 nel 1979, sono generate principalmente dall’interazione delle molecole prodotte dall’attività vulcanica di Io, con il campo magnetico del pianeta.

Anche su si possono creare delle aurore ultraviolette ma non in corrispondenza dei poli: il Pianeta Rosso infatti non dispone di un campo magnetico globale ma ha campi magnetici locali, concentrati soprattutto nell’emisfero sud. Per cui, le tempeste magnetiche che investono il pianeta possono trasformarsi in aurore solo in corrispondenza di questi “ombrelli” magnetici.

Invece, l’altro gigante gassoso del nostro Sistema Solare, Saturno, presenta analogie con le aurore terrestri: anche in questo caso si formano ai poli quando il vento solare interagisce con i gas presenti nell’alta atmosfera.

Credit: NASA/JPL/STScI

A differenza della Terra, che ha un’atmosfera in cui prevale ossigeno e azoto, su Saturno si ha abbondanza di idrogeno e, il miglior modo per osservare le sue emissioni aurorali è utilizzare gli occhi elettroni di telescopi spaziali e sonde, nelle lunghezze d’onda infrarosso ed ultravioletto.

Lo studio delle aurore su Saturno ha avuto inizio non molti anni fa: nel 1979 la Pionerr 11 osservò i poli del pianeta illuminati in ultravioletto; nei primi anni ’80 il flyby su Saturno delle sonde Voyager 1 e 2 fornì maggiori informazioni mappando per la prima volta l’enorme campo magnetico del pianeta.

Le prime immagini delle aurore ultraviolette di Saturno furono poi ottenute dal telescopio spaziale Hubble nel 1994/95 e poi le 1997.

Tuttavia, da quando la sonda della NASA Cassini è arrivata nel sistema di Saturno nel 2004, sono stati inviati a Terra oltre 444 gigabytes di dati scientifici ed più di 300.000 immagini, fornendo informazioni senza precedenti su Saturno, le sue lune e il suo complesso sistema.

Aurora polo nord di Saturno (infrarosso) – 10 novembre 2006
Credit: NASA/JPL/University of Arizona

Aurora polo sud di Saturno (infrarosso) – 1 novembre 2008
Credit: NASA/JPL/ASI/University of Arizona/University of Leicester

La sonda catturò la prima spettacolare sequenza dell’aurora boreale di Saturno, nella parte visibile dello spettro di luce, nel 2009.

Le immagini mostravano un profilo inedito del pianeta con un rapido movimento di flussi luminosi estesi fino a 1.200 chilometri sopra il bordo dell’emisfero nord. Infatti, l’idrogeno predominante nell’atmosfera di Saturno è un gas molto leggero, tanto che l’atmosfera stessa e le aurore possono arrivare anche abbastanza lontano dal pianeta.

Aurora polo nord di Saturno (visibile – falsi colori)
Credit: NASA/JPL/Space Science Institute – 5-8 ottobre 2009

Su Saturno, comunque, la situazione non è così semplice e possono manifestarsi diversi tipi di aurore: quelle dovute all’interazione con il vento solare e quelle generate dalle sue lune. Sempre grazie alla sonda Cassini è stato scoperto che tra Encelado e Saturno esiste un legame elettrico: un flusso di particelle cariche viaggia dalla luna ghiacciata al pianeta interagendo con il suo intenso campo magnetico e generando deboli aurore, un po’ come accade su Giove.

A luglio dello scorso anno, la sonda Cassini ha effettuato nuove riprese concentrate sul polo sud del pianeta: 474 immagini raw che abbiamo assemblato in un unico video.

Saturn aurora – 13-17 luglio 2012 (N00192528-3022) “Courtesy NASA/JPL/Space Science Institute” processing 2di7 & titanio44Disponibile su:

• Flickr
• YouTube 

Le foto interessano più giorni: iniziano il 13 luglio 2012, quando la sonda Cassini si trovava ad una distanza di circa 2.716.678 chilometri da Saturno e si concludono il 17 luglio 2012, con Saturno ripreso da una distanza di circa 2.116.403 chilometri. Grazie NASA Solar System Simulator abbiamo uno screenshot di Saturno visto dalla Cassini all’inizio della sequenza: 

Credit: http://space.jpl.nasa.gov/

La Cassini sta guardando il polo sud del pianeta, in ombra: una sottile linea chiara delinea il profilo di Saturno mentre nei fotogrammi del 17 luglio 2012 entrano in campo anche gli anelli, appena visibili sulla destra nelle ultime immagini che compongono il filmato. Nelle foto originali sono presenti diversi punti bianchi fissi, artefatti dovuti a dead pixel ed alla compressione. In basso scorre il cielo stellato (e passano diverse lune) e, mentre la Cassini rimane agganciata al suo target, Saturno, si intravedono diversi raggi cosmici. Le immagini sono state scattate con i filtri CL1 e CL2 della Narrow Angle camera, per cui  nelle lunghezze d’onda del visibile ma, realizzando il filmato, si notavano deboli sfumature luminose muoversi verso il polo sud del pianeta: forse una nuova ed inedita aurora. Così il video è stato inviato al team della missione Cassini e visionato. Nonostante non si abbia a disposizione un riscontro in ultravioletto, così è stato commentato via mail:

“There are several instances where the aurora pops out” [“Ci sono diversi casi in cui l’aurora fuoriesce”]

Le aurore di Saturno mostrano luminosità che spesso segue la rotazione del pianeta e presentano rapide variazioni nell’arco di pochi minuti.  Nel video l’aurora sembra muoversi rapidamente, mentre nelle immagini si nota anche un certo chiarore provenire dal lato inferiore sinistro:

“The arcs that are moving are most likely aurora. And they move a lot” “The diffuse steady spot on the left is probably an internal reflection in the camera. The sharp glow at the limb is refracted daylight”. [“Gli archi che si muovono sono probabilmente aurore. E si muovono molto” “Lo spot costantemente diffuso a sinistra è probabilmente una riflessione interna della fotocamera. Il forte bagliore al lembo è luce del giorno riflessa”]

Per chi desiderasse avere dei riferimenti e rintracciare le foto nel catalogo ufficiale, le immagini sono così suddivise:

13 luglio N00192528 – N00192541
14 luglio N00192542 – N00192544 
15 luglio N00192549 – N00192567 
16 luglio N00192568 – N00192728 
17 luglio N00192737 – N00193022 

Un’espulsione di massa coronale CME (Coronal Mass Ejection) sul Sole impiega in media almeno due o tre giorni per raggiungere la Terra ma Saturno è decisamente più lontano e, prima che i suoi effetti arrivino sul pianeta, potrebbero volerci anche 30 giorni. Così, forse il fenomeno osservato potrebbe essere una conseguenza della discreta attività del Sole iniziata a metà giugno 2012 quando la grande macchia solare AR1504 ha aperto le danze con un doppio flare, il 13 e il 14 giugno. I CME erano avvenuti in direzione dell’orbita terrestre, dello Spitzer, di MSL (Mars Science Laboratory) all’epoca ancora in viaggio verso Marte e Marte ma anche verso Saturno. L’attività solare è poi proseguita, nei giorni successivi il 29 giungo con un CME dal sunspot  AR1513 e altri il 2, 4 e 6 luglio dal sunspot AR1515. A quasi un anno di distanza dalle immagini analizzate, con l’avvicinarsi del prossimo massimo solare e di nuove grandi opportunità per osservare le aurore di Saturno, abbiamo deciso di rielaborare il video con l’intento di evidenziare il fenomeno e di renderlo “familiare! L’aurora è stata evidenziata utilizzando due falsi colori, assegnati in ragione dei macro valori di luminosità ottenuti enfatizzando la scala di grigi. Così il fronte di avanzamento, le diverse luminosità e variazioni di saturazione si sono miscelate, originando sfumature e colori secondari.Nei frame sono ancora visibili dead pixel e rumore che non sono stati volutamente rimossi data la risoluzione delle immagini a disposizione (256 x 256 pixel) e le deboli emissioni aurorali. 

Saturn aurora (false color) – 13-17 luglio 2012 (N00192528-3022)
“Courtesy NASA/JPL/Space Science Institute” processing 2di7 & titanio44

Disponibile su:

• Flickr
• YouTube

RIFERIMENTI

http://it.wikipedia.org/wiki/Aurora_polare 

http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2007/29mar_bigauroras/ 

http://www.nasa.gov/mission_pages/cassini/media/cassinib-20091124.html 

http://saturn.jpl.nasa.gov/news/newsreleases/newsrelease20110420/ 

http://saturn.jpl.nasa.gov/faq/FAQRawImages/#q15

http://www.spaceweather.com

http://spaceflight.nasa.gov/gallery/images/station/crew-30/html/iss030e177670.html

http://chandra.harvard.edu/photo/2007/jupiter

http://saturn.jpl.nasa.gov/photos/imagedetails/index.cfm?imageId=3313 

Scritto da: Elisabetta Bonora
Elaborazioni filmati: Elisabetta Bonora (2di7) e Marco Faccin (titanio44)
Sito web: www.aliveuniverseimages.com
Album: www.flickr.com/lunexit[/box]