Aurora polar

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Aurora boreal en Alaska.
Aurora austral en Nueva Zelanda.

Aurora polar (o aurora polaris) es un fenómeno en forma de brillo o luminiscencia que aparece en el cielo nocturno, actualmente en zonas polares, aunque puede aparecer en otras partes del mundo por cortos períodos. En el hemisferio norte se conoce como aurora boreal, y en el hemisferio sur como aurora austral, cuyo nombre proviene de Aurora, la diosa romana del amanecer, y de la palabra griega Bóreas, que significa norte; debido a que en Europa comúnmente aparece en el horizonte con un tono rojizo, como si el sol emergiera de una dirección inusual.

Los mejores momentos para su visualización en el hemisferio norte (aurora boreal) son entre septiembre y marzo, y en el hemisferio sur (aurora austral) entre marzo y septiembre, debido a la corta duración de la noche en latitudes extremas durante el verano.

Origen[editar]

Una aurora se produce cuando una eyección de masa solar choca con la magnetósfera terrestre. Esta "esfera" que nos rodea obedece al campo magnético generado por el núcleo de la Tierra, formada por líneas invisibles que parten de los dos polos (tal como si fuera un imán). Cuando dicha masa solar choca con nuestra esfera protectora, estas radiaciones solares, también conocidas con el nombre de viento solar, se desplazan a lo largo de dicha esfera. En el hemisferio nocturno de la Tierra, donde están las otras líneas de campo magnético, se va almacenando dicha energía hasta el punto que no puede más, y esta energía almacenada se dispara en forma de radiaciones electromagnéticas sobre la ionosfera terrestre, creadora, principalmente, de dichos efectos visuales.

Magnetósfera de la Tierra desviando las partículas solares cargadas (líneas amarillas) hacia lo polos, donde forman las auroras.
Imagen de una aurora austral en torno a la Antártida fotografiada desde un satélite de la Nasa.
Aurora austral fotografiada desde la base Norteamericana Amundsen-Scott, durante el invierno polar (la aurora duró casi seis meses).

El Sol, situado a 150 millones de km de la Tierra, está emitiendo continuamente partículas. Ese flujo de partículas constituye el denominado viento solar. La superficie del Sol o fotosfera se encuentra a unos 6000 °C; sin embargo, cuando se asciende en la atmósfera del Sol hacia capas superiores la temperatura aumenta en vez de disminuir, tal y como la intuición nos sugeriría. La temperatura de la corona solar, la zona más externa que se puede apreciar a simple vista sólo durante los eclipses totales de Sol, alcanza temperaturas de hasta 3 millones de grados. Al ser mayor la presión en la superficie del Sol que en el espacio vacío, las partículas cargadas que se encuentran en la atmósfera del Sol tienden a escapar y son aceleradas y canalizadas por el campo magnético del Sol, alcanzando la órbita de la Tierra y más allá. Existen fenómenos muy energéticos, como las fulguraciones o las eyecciones de masa coronal que incrementan la intensidad del viento solar.

Las partículas del viento solar viajan a velocidades desde 300 a 1000 km/s, de modo que recorren la distancia Sol-Tierra en aproximadamente dos días. En las proximidades de la Tierra, el viento solar es deflectado por el campo magnético de la Tierra o magnetósfera. Las partículas fluyen en la magnetósfera de la misma forma que lo hace un río alrededor de una piedra o de un pilar de un puente. El viento solar también empuja a la magnetosfera y la deforma de modo que en lugar de un haz uniforme de líneas de campo magnético como las que mostraría un imán imaginario colocado en dirección norte-sur en el interior de la Tierra, lo que se tiene es una estructura alargada con forma de cometa con una larga cola en la dirección opuesta al Sol. Las partículas cargadas tienen la propiedad de quedar atrapadas y viajar a lo largo de las líneas de campo magnético, de modo que seguirán la trayectoria que le marquen éstas. Las partículas atrapadas en la magnetósfera colisionan con los átomos y moléculas de la atmósfera de la Tierra, típicamente oxígeno (O), nitrógeno (N) atómico y nitrógeno molecular (N2) que se encuentran en su nivel más bajo de energía, denominado nivel fundamental. El aporte de energía proporcionado por las partículas perturba a esos átomos y moléculas, llevándolos a estados excitados de energía. Al cabo de un tiempo muy pequeño, del orden de las millonésimas de segundo o incluso menor, los átomos y moléculas vuelven al nivel fundamental, y devuelven la energía en forma de luz. Esa luz es la que vemos desde el suelo y denominamos auroras. Las auroras se mantienen por encima de los 95 km porque a esa altitud la atmósfera, aunque muy tenue, ya es suficientemente densa para que los choques con las partículas cargadas ocurran tan frecuentemente que los átomos y moléculas están prácticamente en reposo. Por otro lado, las auroras no pueden estar más arriba de los 500-1000 km porque a esa altura la atmósfera es demasiado tenue –poco densa- para que las pocas colisiones que ocurren tengan un efecto significativo.

Se le llama aurora boreal cuando se observa este fenómeno en el hemisferio norte y aurora austral cuando es observado en el hemisferio sur. No hay diferencias entre ellas.

Los colores y las formas de las auroras[editar]

Las auroras tienen formas, estructuras y colores muy diversos que además cambian rápidamente con el tiempo. Durante una noche, la aurora puede comenzar como un arco aislado muy alargado que se va extendiendo en el horizonte, generalmente en dirección este-oeste. Cerca de la medianoche el arco puede comenzar a incrementar su brillo. Comienzan a formarse ondas o rizos a lo largo del arco y también estructuras verticales que se parecen a rayos de luz muy alargados y delgados. De repente la totalidad del cielo puede llenarse de bandas, espirales, y rayos de luz que tiemblan y se mueven rápidamente de horizonte a horizonte. La actividad puede durar desde unos pocos minutos hasta horas. Cuando se aproxima el alba todo el proceso parece calmarse y tan sólo algunas pequeñas zonas del cielo aparecen brillantes hasta que llega la mañana. Aunque lo descrito es una noche típica de auroras, nos podemos encontrar múltiples variaciones sobre el mismo tema.

Los colores que vemos en las auroras dependen de la especie atómica o molecular que las partículas del viento solar excitan y del nivel de energía que esos átomos o moléculas alcanzan.

El oxígeno es responsable de los dos colores primarios de las auroras, el verde/amarillo de una transición de energía a 557,7 nm, mientras que el color más rojo lo produce una transición menos frecuente a 630.0 nm. Para hacernos una idea, nuestro ojo puede apreciar colores desde el violeta, que en el espectro tendría una longitud de onda de unos 390,0 nm hasta el rojo, a unos 750,0 nm.

El nitrógeno, al que una colisión le puede arrancar alguno de sus electrones más externos, produce luz azulada, mientras que las moléculas de Helio son muy a menudo responsables de la coloración rojo/púrpura de los bordes más bajos de las auroras y de las partes más externas curvadas.

El proceso es similar al que ocurre en los tubos de neón de los anuncios o en los tubos de televisión. En un tubo de neón, el gas se excita por corrientes eléctricas y al desexcitarse envía la típica luz rosa que todos conocemos. En una pantalla de televisión un haz de electrones controlado por campos eléctricos y magnéticos incide sobre la misma, haciéndola brillar en diferentes colores dependiendo del revestimiento químico de los productos fosforescentes contenidos en el interior de la pantalla.

Ciencia y Mitología[editar]

La Aurora boreal se observó y probablemente impresionó mucho a los antiguos, tanto que en Occidente como en China la Aurora fue vista como serpientes o dragones en el cielo.

Ellas han sido estudiadas científicamente sólo desde el siglo XVII. En 1621, el astrónomo francés Pierre Gassendi describe este fenómeno observado en el sur de Francia y le da el nombre de Aurora polar. En el siglo XVIII, el astrónomo británico Edmond Halley sospecha que el campo magnético de la tierra desempeña un papel en la formación de la Aurora boreal.

Henry Cavendish, en 1768, logra evaluar la altitud en que se produce el fenómeno, pero no fue hasta 1896 que se reproduce en el laboratorio de Kristian Birkeland con los movimientos de las partículas cargadas en un campo magnético facilitando la comprensión del mecanismo de formación de auroras.

Auroras en otros planetas[editar]

Auroras observadas en el UV en Júpiter.

Este fenómeno existe también en otros planetas del Sistema Solar, los cuales tienen comportamiento similares al planeta Tierra; como es el caso de Júpiter y Saturno que poseen campos magnéticos más fuertes que la Tierra. (Urano y Neptuno también poseen campos magnéticos) y ambos poseen amplios cinturones de radiación. Las auroras han sido observadas en ambos planetas con el telescopio Hubble.

Estas auroras, al parecer, son causadas por el viento solar; además, los satélites de Júpiter, especialmente Ío, son fuentes importantes de auroras. Se produce debido a corrientes eléctricas a lo largo de unas líneas, generadas por un mecanismo dínamo causado por el movimiento relativo entre el planeta y sus satélites. Ío, que posee volcanes activos e ionosfera, es una fuente particularmente fuerte, y sus corrientes generan, a su vez, emisiones de radio, estudiadas desde 1955.

Las auroras han sido detectadas también en Marte por la nave Mars Express, durante unas observaciones realizadas en 2004 y publicadas un año más tarde. Marte carece de un campo magnético análogo al terrestre, pero sí posee campos locales, asociados a su corteza. Son éstos, al parecer, los responsables de las auroras en este planeta.

Enlaces externos[editar]