Il primo osservatorio permanente al mondo dedicato all’aurora boreale si trova su un piccolo edificio in pietra in cima al monte Halde, nel nord della Norvegia. Fu costruito nel 1899 da Kristian Birkeland, fisico ed esploratore artico, che ne fece una base di osservazione per studiare il fenomeno nelle notti dell’Artico. La Norvegia è considerata da tempo uno dei luoghi centrali nella storia della ricerca scientifica sulle aurore. Qui il fenomeno è stato osservato, misurato, fotografato e interpretato in modo sistematico già tra la fine dell’Ottocento e l’inizio del Novecento. Oltre alla posizione geografica favorevole, la regione offre anche continuità di osservazione e condizioni ideali per collegare le manifestazioni visibili dell’aurora alle dinamiche del Sole e del campo magnetico terrestre.
La vita a Halde, però, già nell’Ottocento era molto dura. Le condizioni invernali rendevano difficile sostenere un lavoro scientifico continuativo, e nel 1926 la ricerca fu trasferita a Tromsø, dove da allora sono proseguite le misurazioni del magnetismo terrestre e degli effetti dell’attività solare. A un secolo da quel trasferimento, la Norvegia si prepara ora a una nuova fase. A Skibotn, tra Tromsø e Halde, dovrebbe entrare in funzione un sistema radar di ultima generazione composto da 10 mila antenne, progettato per studiare la parte alta dell’atmosfera e fornire dati più precisi sulla formazione delle aurore e sul meteo spaziale.
Per secoli, nell’estremo nord, l’aurora boreale è stata spiegata attraverso racconti popolari e credenze locali. In alcune tradizioni appariva come il movimento di spiriti o figure femminili nel cielo; in altre era considerata un segnale minaccioso. Tra la fine del XIX secolo e l’inizio del XX, Birkeland fu tra i primi a proporre e sviluppare una spiegazione fisica convincente del fenomeno. La sua teoria sosteneva che particelle cariche provenienti dal Sole, interagendo con il campo magnetico terrestre, entrassero in collisione con gli atomi presenti nell’atmosfera, liberando energia sotto forma di luce. I diversi colori dell’aurora dipendono proprio da queste interazioni: il verde e il rosso sono associati soprattutto all’ossigeno, mentre il viola è legato all’azoto. All’osservatorio di Halde, Birkeland e i suoi collaboratori misurarono le aurore con metodi di triangolazione tra più punti di osservazione e arrivarono a stimarne l’altitudine, collocandola tra circa 80 e 480 chilometri. Dopo aver lasciato Halde, Birkeland continuò a lavorare sulle sue ipotesi anche in laboratorio, usando la terrella, una piccola sfera magnetizzata con cui cercava di simulare la magnetosfera terrestre. Durante la Seconda guerra mondiale, l’osservatorio fu distrutto dalle forze tedesche. I lavori di recupero iniziarono negli anni Ottanta e il sito è stato poi valorizzato anche come luogo storico della ricerca scientifica.
La Norvegia settentrionale è particolarmente adatta allo studio dell’aurora perché si trova sotto l’ovale aurorale, la fascia ad anello attorno al polo nord magnetico in cui le particelle solari tendono a concentrarsi. Il trasferimento delle ricerche a Tromsø permise di proseguire e ampliare questo lavoro. Gli scienziati cominciarono a classificare con maggiore precisione i colori e le forme dell’aurora, distinguendo archi, tende, corone e altre configurazioni ricorrenti. Accanto a questa attività, furono raccolti dati geomagnetici e atmosferici in serie temporali sempre più lunghe.
Negli archivi dell’osservatorio di Tromsø si conservano ancora oggi magnetometri, fotografie su lastra di vetro e registrazioni geomagnetiche accumulate nel corso di decenni. Questo materiale ha un valore scientifico che va oltre l’interesse storico, perché le serie di dati permettono di osservare con continuità variazioni e anomalie su tempi estesi. È una base essenziale non solo per la storia della fisica spaziale, ma anche per comprendere meglio il meteo spaziale, cioè l’insieme dei processi legati all’attività solare che possono perturbare l’alta atmosfera terrestre, interferire con le comunicazioni e danneggiare infrastrutture tecnologiche come satelliti e reti elettriche.
Negli anni Ottanta, un ulteriore salto tecnologico arrivò con i sistemi radar di EISCAT, European Incoherent Scatter Scientific Association. Questi radar, installati vicino a Tromsø, permisero di misurare con maggiore precisione la ionosfera, la regione dell’atmosfera superiore ionizzata dalla radiazione solare. Grazie a questi strumenti, la fisica generale dell’aurora è oggi ben compresa. Ciò che rimane meno chiaro, spiegano gli studiosi, riguarda soprattutto i dettagli: le variazioni locali nella densità delle particelle, i movimenti dell’aurora, la formazione delle sue strutture più piccole e il modo in cui i processi microscopici influenzano le forme visibili nel cielo.
È proprio su questo terreno che si colloca EISCAT 3D, il nuovo sistema radar in costruzione a Skibotn. L’impianto norvegese sarà affiancato da due siti simili in Finlandia e in Svezia e funzionerà come una rete integrata. Le sue 10 mila antenne, distribuite su una struttura larga 91 metri, invieranno onde radio nella ionosfera e misureranno la diffusione prodotta dagli elettroni liberi presenti nell’atmosfera superiore. A differenza dei sistemi precedenti, il radar potrà cambiare rapidamente direzione, scandagliare vaste porzioni di cielo in pochi secondi e produrre immagini tridimensionali del plasma generato dalle interazioni tra attività solare e atmosfera terrestre. Gli scienziati vogliono capire la microfisica del fenomeno, cioè i processi più elementari che ne determinano forma, movimento e intensità. Il radar funziona come uno strumento di ingrandimento. Più aumenta la risoluzione, più cresce la possibilità di collegare le grandi strutture osservabili nel cielo ai meccanismi fisici che le producono.
