L'aurora boreale non è soltanto uno spettacolo luminoso mozzafiato: rappresenta la manifestazione visibile di un complesso circuito elettrico che collega lo spazio profondo all'alta atmosfera terrestre. Comprendere come si chiude questo circuito, dove l'elettricità fluisce in ingresso e come ritorna verso lo spazio, costituisce una delle sfide più affascinanti della fisica dell'atmosfera e della meteorologia spaziale. La NASA ha recentemente condotto tre lanci di razzi sonda dal Poker Flat Research Range in Alaska, vicino a Fairbanks, con l'obiettivo di mappare in tre dimensioni i flussi elettrici che animano le aurore e di indagare enigmatiche regioni oscure al loro interno, fornendo dati preziosi per decifrare i meccanismi che governano l'interazione tra il nostro pianeta e l'ambiente spaziale circostante.
Il Black and Diffuse Auroral Science Surveyor è decollato il 9 febbraio alle 3:29 ora locale dell'Alaska, raggiungendo un'altitudine di circa 360 chilometri. Secondo quanto riferito dalla principal investigator Marilia Samara, tutti gli strumenti a bordo, comprese le dimostrazioni tecnologiche sperimentali, hanno funzionato secondo le previsioni, restituendo dati di elevata qualità. Questa missione si concentra su fenomeni ancora poco compresi: le cosiddette aurore nere, zone buie all'interno delle cortine luminose dove si ritiene possano verificarsi inversioni improvvise nella direzione delle correnti elettriche. Si tratta del secondo tentativo di lancio dopo un rinvio nel 2025 dovuto a condizioni meteorologiche e scientifiche sfavorevoli.
Il giorno successivo, il 10 febbraio, la missione GNEISS (Geophysical Non-Equilibrium Ionospheric System Science, pronunciato "nice") ha effettuato un lancio spettacolare e tecnicamente ambizioso: due razzi sonda sono partiti a distanza di appena trenta secondi l'uno dall'altro, rispettivamente all'1:19:00 e all'1:19:30 ora locale. I vettori hanno toccato altitudini di picco di 319,06 e 319,94 chilometri. Kristina Lynch, professoressa presso il Dartmouth College nel New Hampshire e responsabile scientifica della missione, ha confermato che tutte le componenti del sistema – stazioni a terra, sottopayload rilasciati dai razzi e bracci strumentali – hanno operato come previsto, con soddisfazione del team per la qualità dei dati preliminari raccolti.
Quando l'aurora illumina il cielo notturno, il fenomeno è alimentato da elettroni che precipitano dallo spazio verso l'alta atmosfera terrestre. Queste particelle cariche energizzano i gas atmosferici, provocandone la caratteristica luminescenza in un processo paragonabile a quello di una corrente elettrica che attraversa un filo per accendere una lampadina. Ma il processo non termina dove appare il bagliore visibile: l'elettricità si muove sempre in circuiti chiusi. I fasci di particelle in arrivo sono relativamente concentrati, come la corrente che scorre in un cavo, mentre il flusso di ritorno risulta molto più disperso. Dopo aver innescato l'aurora, gli elettroni si diffondono in molteplici direzioni, influenzati da collisioni, venti variabili, differenze di pressione e campi elettrici e magnetici in continua evoluzione, prima di riuscire a risalire verso lo spazio attraverso l'alta atmosfera in costante mutamento.
Per comprendere veramente il funzionamento delle aurore, i ricercatori devono visualizzare come questa corrente di ritorno chiude il circuito, mappando le numerose rotte possibili che l'elettricità percorre attraverso l'atmosfera superiore. Lynch ha progettato GNEISS proprio per rispondere a questa domanda cruciale. Utilizzando due razzi e una rete coordinata di ricevitori a terra, la missione costruisce un'immagine tridimensionale dell'ambiente elettrico aurorale. I due vettori sono stati lanciati fianco a fianco nella stessa aurora, seguendo traiettorie leggermente diverse. Una volta all'interno della regione luminosa, ciascun razzo ha rilasciato quattro sottopayload per effettuare misurazioni simultanee in punti multipli dell'area interessata.
Durante il sorvolo, i razzi hanno trasmesso segnali radio attraverso il plasma circostante verso i ricevitori collocati al suolo. Il plasma ha modificato questi segnali durante il passaggio, in modo analogo a come i tessuti corporei alterano i raggi X durante una TAC medica. Analizzando tali variazioni, gli scienziati possono determinare la densità del plasma e identificare dove le correnti elettriche riescono effettivamente a fluire, ottenendo una scansione su larga scala dell'aurora con una tecnica di tomografia computerizzata applicata alla fisica dello spazio.
Comprendere queste correnti elettriche non significa soltanto risolvere un enigma teorico della fisica. Le correnti aurorali controllano come l'energia proveniente dallo spazio viene distribuita attraverso l'alta atmosfera terrestre. Quando le correnti si diffondono, riscaldano l'atmosfera, generano venti intensi e creano turbolenze che possono danneggiare i satelliti in transito attraverso quella regione. I ricercatori hanno tradizionalmente fatto affidamento su strumenti basati a terra per studiare le aurore. La missione satellitare EZIE della NASA, lanciata nel marzo 2025, misura le correnti elettriche aurorali dall'orbita. Combinando osservazioni satellitari, immagini da terra e misurazioni dirette effettuate dai razzi sonda, gli scienziati possono ora esaminare il sistema da angolature multiple simultaneamente.
Lynch ha sottolineato l'importanza di questa integrazione metodologica: "Se riusciamo a combinare le misurazioni in situ con le immagini da terra, allora possiamo imparare a leggere l'aurora". Questa capacità di "lettura" permetterebbe di prevedere con maggiore accuratezza gli effetti della meteorologia spaziale sulle infrastrutture tecnologiche terrestri e orbitali. Le aurore si formano dove lo spazio e l'atmosfera terrestre interagiscono: correnti elettriche, flussi di particelle cariche e innumerevoli collisioni si combinano per creare questi fenomeni luminosi. I razzi sonda offrono l'opportunità rara di attraversare direttamente queste regioni, posizionando strumenti esattamente dove l'azione si svolge.
