Le Fasce di Van Allen sono zone o cinture ricche di particelle ad alta energia (plasma) che avvolgono la Terra. Costituiscono un vero e proprio “mare di particelle cariche”, come amava definirle James Van Allen, il fisico statunitense che le scoprì, composto essenzialmente da protoni, elettroni e ioni più pesanti (atomi carichi elettricamente), tenuti imprigionati dal campo magnetico terrestre. Queste particelle sono in costante movimento e, a volte, si urtano reciprocamente, perdendo energia cinetica con conseguente emissione di radiazione. Le particelle possono raggiungere energie elevate, superiori ai 30 kiloelectronvolt (in fisica l'elettronvolt - simbolo eV - è l'unità di misura dell'energia, molto usata in ambito atomico e subatomico), rappresentando così un rischio per i veicoli spaziali e le apparecchiature in orbita intorno alla Terra, ma anche per gli esseri viventi sul pianeta.
Le particelle che popolano le fasce sono raggi cosmici e particelle provenienti dal vento solare. I primi sono costituiti da protoni a elevata velocità che colpiscono la Terra in ogni direzione. Sono presenti in tutta la Galassia e trasportano energie elevate. Quando urtano l'atmosfera terrestre danno vita a una sciame secondario di raggi cosmici che si propaga in ogni direzione, alcuni di essi giungono fin sulla Terra, mentre altri, con energie tra 10 e 100 MeV, vengono “riflessi” nello spazio e a volte rimangono intrappolati proprio nella fascia interna di Van Allen.
Particelle così cariche di energia possono creare enormi problemi alla strumentazione in orbita intorno alla Terra ed essere molto pericolose per gli astronauti in a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS).
La fascia esterna venne studiata più approfonditamente dalla missione successiva Explorer III e dalle sonde spaziali Pioneer III e IV. Venne dimostrato che la sua presenza è dovuta principalmente al vento solare, un flusso di particelle cariche provenienti dal Sole che investono la magnetosfera terrestre. Proprio a causa della presenza del campo magnetico terrestre, le particelle provenienti dal Sole possono essere incanalate lungo le linee del campo e rimanere intrappolate formando la fascia esterna, che assume una forma caratteristica di una banana allungata.
Aurore Polari
A volte capita che il flusso di particelle provenienti dal Sole sia molto intenso. In tal caso le particelle possono penetrare fino agli strati più bassi dell'atmosfera, interagendo con gli atomi e le molecole che la compongono. L'urto tra le particelle cariche e gli atomi dell'atmosfera fa eccitare questi ultimi, che poi, diseccitandosi, emettono luce visibile a diverse lunghezze d'onda, dando vita, all'altezza dei poli, a spettacolari lampi e nubi di tutti i colori: le aurore polari. Viste dallo spazio le aurore appaiono come due cerchi colorati localizzati sopra i poli magnetici della Terra.
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