A FUNDAÇÃO TORINO – NOVA LIMA

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FUNDAÇÃO TORINO – NOVA LIMA

ESAME DI STATO 2020

LE AURORE POLARI

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Iara Lima Publio

Classe IV, sez. A

Anno scolastico 2019-2020

INDICE

1. Introduzione......................................................................................................... pag. 2

2.  Il campo magnetico del sole

        2.1 La fusione nucleare ............................................................................... pag. 2

        2.2 L’esperienza di Oersted ......................................................................... pag. 2

        2.3  Il vento solare........................................................................................ pag. 2

3. Il campo magnetico terrestre

        3.1 Come si è formato.................................................................................. pag. 2

                3.1.1 La magnetosfera...................................................................... pag. 3

                3.1.2 Le linee di campo..................................................................... pag. 3

        3.2 L’esperimento di Faraday e La forza di Lorentz...................................... pag. 3

                3.2.1 Il moto delle cariche in un campo magnetico uniforme.......... pag. 3

                3.2.2 L’equazione parametrica dell’elica.......................................... pag. 3

4. La penetrazione nell’atmosfera terrestre

        4.1 L’energizzazione degli elettroni e la emissione di fotoni........................ pag. 4

        4.2 L’altezza di propagazione e il colore dell’Aurora.................................... pag. 4

5. Conclusione.......................................................................................................... pag. 4

6. Bibliografia........................................................................................................... pag. 5

1. Introduzione                                                                                                                                   L’Aurora Polare è un fenomeno luminoso dell’alta atmosfera, che si manifesta con forme diverse: archi, bande, raggi, cortine, corone, luci diffuse. Prende il nome di aurora boreale nell’emisfero nord e di aurora australe nell’emisfero sud. Fu l'astronomo Galileo Galilei a usare il nome “Aurora Borealis” per descriverla, unendo il nome della dea romana dell'alba, Aurora, a quello greco per il vento del nord, Borea. Il fenomeno non è esclusivo soltanto alla Terra, potendo essere osservato anche in altri pianeti del sistema solare come Saturno, Marte e Venere.

2. Il campo magnetico del sole                                                                                                                                       2.1        All’interno del sole la grandissima pressione fa sì che gli atomi di idrogeno si fondano e formino atomi di elio, in un processo chiamato fusione nucleare. Questo è il fenomeno che genera l’energia del sole. Dentro la stella i livelli energetici sono così alti che le particelle diventano libere da muoversi  in quello che chiamiamo di plasma — il quarto stato della materia. Gli astronomi ritengono che le correnti elettriche che scorrono nel plasma solare generino i campi magnetici del sole.                                                                                                            2.2        Nel 1820, il danese Hans Christian Oersted notò che l’ago magnetizzato di una bussola subiva delle deviazioni quando era vicino a un filo conduttore attraverso il quale passava una corrente elettrica. Oersted notò che l’ago della bussola normalmente puntava verso il nord geografico quando il circuito era spento, tuttavia, veniva deviato quando la corrente elettrica scorreva attraverso il filo. L’unica possibilità di cambiare la direzione dell’ago della bussola era la presenza di un campo magnetico diverso da quello causato dalla Terra. La conclusione di Oersted fu che le cariche elettriche in movimento erano in grado di creare un campo magnetico.

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2.3        A alcuni campi magnetici riescono a uscire dal nucleo dell’astro ed emergere nella corona — lo stratto più supericiale del sole. Il plasma alla corona è così caldo che la gravità del sole spesso non riesce a trattenerla. Invece esso spesso si espande e  distacca in parte, lanciandosi nello spazio.  Questo flusso di particelle è costituito principalmente da elettroni, protoni e, in una piccola percentuale, da nuclei di elio e viene chiamato vento solare. Il plasma viaggia in direzione alla terra a circa 500 km/s, e viene ostacolato gali altri pianeti del sistema solare. Perciò le particelle impiegano > 18 ore fino a scontrarsi col campo magnetico terrestre.

3. Il campo magnetico terrestre

3.1        Come si è formato: ancora non si sa certamente cosa genera il campo magnetico del pianeta, ma attualmente la teoria più plausibile è la Teoria del Dinamofluido. Nel nucleo esterno della Terra, a circa 3000 km di profondità, si ritiene che ferro e nichel siano in uno stato di fusione. Questo fluido è in costante movimento, generando così delle correnti elettriche e, di conseguenza, un campo magnetico — rispettando l’esperimento di Oersted (2.2). Le temperature del nucleo terrestre sono elevatissime, molto al di sopra della cosiddetta temperatura di Curie, il cui superamento provoca la smagnetizzazione di materiali tipicamente ferromagnetici (caso del Fe e del Ni).

3.1.1        Viene quindi chiamata “Magnetosfera” la regione dello spazio che circonda la Terra in cui il campo magnetico dominante è il  terrestre, piuttosto che quello dello spazio interplanetario. A fare da barriera al vento solare è la magnetosfera, contro cui il vento solare si imbatte e che distorce in una forma simile alla coda di cometa.[pic 4]

3.1.2 In vicinanza del Polo Nord geografico c’è una zona chiamata polo nord magnetico, verso cui si dirigono i poli nord delle bussole. In modo corrispondente nei pressi del Polo Sud geografico si trova il polo sud magnetico. Nella zona del polo nord magnetico, il magnete-Terra ha un polo sud, visto che attira i poli nord di tutte le bussole. Per esplorare le proprietà di un campo magnetico utilizziamo il magnete di prova, cioè un piccolo ago magnetico, che genera un campo abbastanza debole da non disturbare quello dovuto al sistema che intendiamo esaminare.  Se poniamo un magnetino di prova in un punto di un campo magnetico, osserviamo che l’ago ruota attorno al proprio centro fino a fermarsi, dopo qualche oscillazione, in una posizione d’equilibrio.