Le Aurore boreali non sono per gli occhi altro che deboli accenni di bande colorate appaiono nel buio cielo notturno. Si rovesciano pigramente qua e là, acquistando velocità, e i colori diventano più brillanti e pronunciati, sono le meraviglie mozzafiato del nord, le apparizioni ipnotiche e dinamiche di luce che avvengono nei cieli artici, che per secoli hanno prodotto innumerevoli emozioni in tutti quelli che hanno avuto la fortuna di vederle. Sono presenti anche nell'emisfero a sud dell'equatore ove sono chiamate Aurore australi.

La terra, un gigantesco magnete:

Nel 1600 William Gilbert suppose (e oggi sappiamo giustamente) che la Terra fosse un gigantesco magnete, e infatti il campo magnetico terrestre è un campo bipolare e possiede un polo magnetico nord e uno sud, come una normale calamita o una sbarra di ferro magnetizzata. Nonostante sia un campo molto debole, esercita effetti non trascurabili. Trattiene infatti un numero enorme di particelle energetiche, sia elettroni che protoni. La disposizione delle particelle ha l'aspetto di enormi anelli o cinture che circondano il pianeta attorno all'equatore geomagnetico. Sono state individuate due cinture di radiazione, le Fasce di Van Allen (dal nome del loro scopritore): la fascia più interna si trova a circa 2.000 chilometri dalla superficie terrestre e contiene per la maggior parte elettroni, mentre quella esterna, a 16.000 chilometri dalla superficie contiene soprattutto protoni. La regione circumterrestre, considerata nel suo insieme, dove le particelle cariche si muovono sotto l'influenza del campo magnetico della Terra, è denominata Magnetosfera, la quale è separata dallo spazio interplanetario tramite la Magnetopausa.

La produzione di energia da parte del Sole è molto lontana dall'essere costante ma, anzi, fluttua con un ciclo di 11 anni. Durante il periodo di massima attività coincidente con una alta presenza di macchie solari, dalla superficie solare vengono scagliate grandi quantità di particelle nello spazio. La temperatura superficiale del Sole è approssimativamente di 6.000 °K, molto minore dei 15 milioni di gradi ipotizzati dell'interno. A livello della corona solare poi la temperatura aumenta di nuovo, per raggiungere milioni di gradi. A queste temperature gli urti tra le particelle dei gas possono essere così violente che gli atomi si disintegrano in elettroni e nuclei, e quello che era idrogeno si ritrova ad essere un gas di protoni ed elettroni chiamato plasma. Questo plasma fuoriesce dalla corona solare attraverso un'apertura del campo magnetico solare, creando il famoso “Vento Solare”. Dopo 2-5 giorni di viaggio attraverso lo spazio, il plasma raggiunge il campo magnetico terrestre comprimendolo sul lato illuminato e allungandolo in una sorta di coda sul lato opposto. Poiché le linee di forza del campo magnetico terrestre all'altezza dei poli sono rivolte verso la Terra, le particelle trovano qui un facile varco, e questo spiega la maggior frequenza di aurore alle alte latitudini settentrionali e meridionali. La maggior parte, comunque, è costretta a scivolare intorno al campo magnetico, lungo la magnetopausa.

All'origine dei fenomeni magnetici terrestri (e quindi anche delle aurore) si trova il nucleo della Terra allo stato liquido. Esso è percorso da correnti elettriche dovute all'alta conduttività elettrica dei metalli che lo compongono, soprattutto ferro e nichel. Infatti le particelle cariche, circolanti liberamente nel nucleo liquido, producono un campo magnetico, così come accade in una dinamo. Dopo aver riunito le registrazioni delle apparizioni giunte da varie spedizioni e da altre fonti, Elias Loomis sviluppò la mappa della frequenza delle manifestazioni delle aurore boreali, mappa che in seguito fu attualizzata utilizzando fonti più sofisticate e sicure come i satelliti.
Le popolazioni che vivono al di sopra della latitudine 65°, nord o sud, possono aspettarsi di osservarla anche per 243 notti all'anno. Solo eventi eccezionali sul Sole possono dar luogo ad aurore a medie latitudini, visibili solitamente come uno splendore rosso vicino all'orizzonte nord o sud. Ci sono casi eccezionali di aurore polari viste addirittura nei pressi dell'equatore: celebre quella del 25 settembre 1909, osservata a Singapore.

Come si formano le aurore?

Il meccanismo che forma le aurore è definito “salto quantico”. Per spiegare il meccanismo, immaginiamo un atomo di idrogeno - il più semplice - che consiste di un nucleo composto da un singolo protone attorno al quale ruota un elettrone solitario. Normalmente l'elettrone ruota in una orbita il più vicino possibile al nucleo e in questo stato l'atomo possiede un minimo di energia. Ci sono altre orbite possibili, più lontane dal nucleo, nelle quali l'elettrone può ruotare, ma qui occorre molta più energia. Quando un elettrone libero collide ad alta velocità con l'elettrone dell'idrogeno, gli cede energia. Il risultato è che il nostro elettrone comincerà a ruotare più lontano dal nucleo. Ma ora è instabile e dato che non può trattenere l'energia ricevuta, deve ritornare all'orbita originale e ciò porta alla liberazione dell'energia in eccesso sotto forma di fotoni di luce. Miliardi di questi salti quantici simultanei creano le aurore. Tutto questo per spiegare semplicemente il fenomeno, ma solo uno piccolissimo numero di aurore è il risultato di salti quantici degli atomi di idrogeno. Il colore verde, il più frequente, è il risultato dei “salti” dell'ossigeno mentre il rosso è di solito dovuto all'azoto.