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Le variazioni irregolari


 

Oltre agli andamenti temporali regolari, su di un magnetogramma, si possono osservare andamenti irregolari tipici di situazioni perturbate. I processi dinamici che avvengono sul Sole finiscono infatti per far arrivare in prossimità della Terra grandi quantità di particelle cariche e campi associati che generano variazioni irregolari del campo magnetico registrato sulla superficie del nostro pianeta.

Tempeste Magnetiche

Studi teorici e sperimentali hanno mostrato che l’aumento dell’intensità della corrente ad anello ha come conseguenza il verificarsi di forti e persistenti disturbi del campo magnetico terrestre che portano ad una diminuzione dell’intensità della componente orizzontale (H) del campo magnetico sulla superficie del pianeta. In questi periodi magneticamente perturbati, definiti come tempeste magnetiche, si manifestano pertanto delle variazioni del campo magnetico osservato in superficie che, pur essendo irregolari, presentano delle caratteristiche sistematiche nel loro andamento temporale.

Il grafico mostra l’andamento tipo della componente orizzontale (H) del campo magnetico terrestre nel corso di una tempesta magnetica registrata presso l’osservatorio geomagnetico di L’Aquila (dal 5/11/2001 al 13/11/2001).

Generalmente, ma non sempre, la tempesta magnetica inizia con un improvviso aumento, detto SSC (da Storm Sudden Commencement), dell’intensità della componente orizzontale H del campo magnetico terrestre. L’SSC, pur essendo un fenomeno planetario può variare in latitudine e tempo locale. Immediatamente dopo l’SSC (entro un’ora) troviamo la fase iniziale della tempesta che ha inizio con un repentino aumento dell’intensità della componente orizzontale H che può, nell’arco di 2-3 minuti, aumentare fino a 30 nT.
In seguito la componente H, pur fluttuando, si mantiene con un valore elevato per alcune ore (da 1 a 10) per poi diminuire bruscamente raggiungendo un valore nettamente inferiore a quello di partenza (la fase principale). Ha inizio, a questo punto, la fase di recupero della tempesta in cui l’intensità della componente orizzontale del campo magnetico aumenta nuovamente, dapprima con un tempo di scala di qualche ora, poi di qualche giorno, fino a raggiungere nuovamente il valore pre-tempesta. Questa evoluzione è definibile su base statistica; esaminando invece le singole tempeste è possibile trovare una notevole varietà di andamenti. Ci sono, infatti, perturbazioni in cui l’andamento di H è strettamente conforme all’andamento descritto così come vi sono perturbazioni in cui non tutte le fasi sono perfettamente individuabili.

 

È disponibile la registrazione in tempo reale dell’andamento delle componenti del campo geomagnetico registrate presso tre distinti osservatori geomagnetici permanenti (Castello Tesino (TN), L’Aquila e Lampedusa).

 


Sottotempeste magnetiche

Una sottotempesta è una sequenza ordinata di eventi che si verificano nella magnetosfera e nella ionosfera principalmente quando il campo magnetico interplanetario si orienta verso sud rendendo così possibile l’aumento del quantitativo di energia che fluisce dal vento solare alla magnetosfera.
Sulla Terra l’inizio di una sottotempesta comporta l’intensificazione delle aurore polari essenzialmente nella zona aurorale intorno alla mezzanotte. Gli archi aurorali infatti tendono ad aumentare la propria intensità e ad espandersi fino a coprire gran parte del cielo. In corrispondenza di questi fenomeni si registrano forti disturbi magnetici che possono raggiungere i 1000 nT. Questi disturbi magnetici sono considerevolmente più intensi di quelli comunemente registrati alle basse latitudini dove il verificarsi delle tempeste magnetiche  produce disturbi dell’ordine di qualche decina di nT. La differente intensità del disturbo è attribuibile alla diversa distanza dalla Terra delle sorgenti responsabili di tali perturbazioni. La corrente ad anello, responsabile del verificarsi delle tempeste magnetiche, ruota intorno alla Terra ad una distanza pari a qualche decina di migliaia di chilometri mentre le correnti elettriche, associate alle sottotempeste, circolano nella ionosfera ad una quota di circa 130 km.

Configurazione tipica di campo magnetico interplanetario (IMF)che permette il trasferimento di energia dal vento solare alla magnetosfera.

Negli anni sono stati proposti diversi modelli per cercare di descrivere la dinamica della magnetosfera al momento della sottotempesta. Questi modelli, pur diversi tra loro, partono dal fatto che la dinamica della magnetosfera durante lo sviluppo di una sottotempesta sia regolata tanto dai parametri propri del vento solare quanto dal fenomeno della riconnessione magnetica. Il modello che attualmente è maggiormente accettato è il cosiddetto Near Earth Neutral Line model. Secondo questo modello, puramente fenomenologico e sviluppato tenendo conto di numerosi studi condotti sul plasma ed il campo magnetico all’interno della coda geomagnetica, l’evoluzione di una sottotempesta può dividersi in tre fasi. La prima fase detta “fase di crescita” è caratterizzata dall’accumulo di energia proveniente dal vento solare nella coda geomagnetica. Successivamente, l’energia immagazzinata nella coda geomagnetica viene impulsivamente rilasciata in coincidenza del fenomeno di dipolarizzazione del campo dando così origine alla fase iniziale di una sottotempesta. Questa fase, che ha una durata di circa 30-60 minuti, produce una energizzazione delle particelle presenti nel foglio di plasma e la loro iniezione nella parte più interna della magnetosfera. La terza fase è la cosiddetta fase di recupero nel corso della quale la magnetosfera ritorna nella sua configurazione di quiete.
L’immagazzinamento ed il rilascio di energia nella magnetosfera durante una sottotempesta comporta dei cambiamenti nella morfologia delle aurore nonché l’aumento dell’intensità delle correnti che fluiscono nella ionosfera polare. Le sottotempeste avvengono in media sei volte al giorno e comunque avvengono più frequentemente e più intensamente nel corso delle tempeste magnetiche. 

Fasi  dell’evoluzione delle linee di forza del campo magnetico durante una sottotempesta magnetica.

 

Particolari indici geomagnetici sono stati introdotti per descrivere l’attività magnetica alle latitudini polari. Questi indici sono gli indici AE.

 


Baie magnetiche

Tra le più importanti variazioni irregolari registrate essenzialmente presso gli osservatori geomagnetici siti a media latitudine dobbiamo ricordare le baie. Queste variazioni si verificano in preferenza nelle ore serali e notturne con durata compresa tra 1 e 2 ore. Le baie, spesso concomitanti con le tempeste, possono presentarsi anche isolatamente; questo suggerisce che possono essere considerate come tempeste elementari. Dalle osservazioni si è dedotto che le baie sono prodotte da correnti elettriche che scorrono nella ionosfera a latitudini comprese tra 65° e 70° tali correnti vengono generate nella magnetosfera, fluiscono nella ionosfera e ritornano nella magnetosfera seguendo le linee di forza del campo.

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