Las luces del Norte

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Muchas de las personas que hoy conocemos creen que las auroras boreales son algo parecido a un arcoíris pero lo único en lo que se parecen es el que las dos son una forma de cómo se genera luz muy diferentes. En este artículo os contamos un poco sobre como se forman estos fenómenos tan asombrosos y extraños.

Las auroras se producen cuando una lluvia de partículas cargadas eléctricamente procedentes del Sol (electrones principalmente y también protones) interacciona con el campo magnético terrestre y acaba precipitándose sobre la atmósfera, excitando los átomos y moléculas presentes en la misma (fundamentalmente oxígeno y nitrógeno).

La desexcitación de dichos átomos da lugar a la emisión de luz que caracteriza a este fenómeno. Como consecuencia de las reacciones nucleares que se producen en el interior del Sol, éste emite continuamente radiación electromagnética y partículas en todas las direcciones del espacio. El flujo de partículas da lugar al denominado viento solar, cuya velocidad es de 300 y 1,200 km/s. La interacción del viento solar choca con la magnetosfera terrestre que hace de escudo protector para la tierra ya que sin ella las partículas serían mortales para la vida terrestre produciendo unas mutaciones en su ADN. Las partículas cargadas eléctricamente son frenadas o desviadas por la fuerza de Lorentz, evitando así su impacto directo en la atmósfera y la superficie terrestres. Al contrario que en los campos eléctricos, una partícula cargada que se encuentre en reposo en el interior de un campo magnético no sufre la acción de ninguna fuerza. Otra caso bien distinto se produce cuando la partícula se encuentre en movimiento, ya que por el contrario, en este caso, la partícula sí que experimentará la acción de una fuerza magnética que recibe este nombre en honor al físico neerlandés Hendrik Antoon Lorentz.

Las partículas cargadas de altas energías son desviadas a través de una región de la magnetosfera conocida como cinturón de radiación de Van Allen.
La forma de esta magnetosfera viene dada por la fuerza a la que está sometida por la radiación que le rodea, una nebulosa de 320 mil km de diámetro. Muchas de las partículas atraviesan la capa exterior de la magnetosfera. Estas partículas quedan libres y van hacia el planeta pero el escudo interno las envía hacia los polos.
Una vez atravesado este escudo podemos ver la segunda capa de protección de la tierra que son unas franjas gigantes de plasma que recorren el planeta de arriba a abajo rodeando el polo norte y el polo sur.
Como podemos comprobar la aurora boreal no se crea mediante refracción como el arcoíris sino que intervienen fenómenos relacionados con el electromagnetismo gracias a la magnetosfera terrestre.

Esto no es todo, aún no os he contado cómo estas partículas son capaces de emitir luz. Una vez las partículas que llegan de la radiación solar entran en contacto con la atmósfera, a una velocidad muy elevada, choca con los átomos de esta y los excita haciendo que brillen. Un átomo excitado es aquel que se encuentra en un estado de energía superior al estándar. Cuando el electrón salta a un orbital inferior de menor energía (más próximo al núcleo) este emite la luz
Las partículas que suelen brillar son el oxígeno (O2) y el nitrógeno (N2). El oxígeno genera unas luces rojas y verdes y el nitrógeno el azul.
Por qué estos colores os estaréis preguntando, pues veréis, el color que nosotros percibimos y que las auroras boreales emiten vienen dados por la longitud de onda que proceden de los átomos excitados.
El electrón, al pasar de una órbita a otra, produce luz de longitud de onda (color) que depende de la cantidad de energía que el electrón pierde.
En primer lugar, el cambio en el átomo de oxígeno que crea este color rojo y verde necesita, relativamente, poca energía para activarse cuando se le compara con otros elementos abundantes como el nitrógeno.
Adicionalmente, a la altitud a la que se forman las auroras, el oxígeno atómico es el componente más denso de la atmósfera, por lo que es más probable que se active por las partículas.
En tercer lugar, otros átomos de oxígeno que podrían producir el color rojo se apagan por colisiones que se producen entre átomos y otras partículas.
Finalmente, el ojo humano es más sensible a la luz verde, lo que explica que otros colores más sutiles pasen desapercibidos.
La excitación del nitrógeno emite luces azules y rojas, el nitrógeno excita el color rojo, pero a medida que la presión aumenta (cuanto más te acercas a la tierra), el nitrógeno excita a los colores más azules por eso las auroras se ven azules si participa este átomo.
Las longitudes de onda rondan los 620-750 nm, el color verde es percibido con longitudes de onda entre 495 y 570 nm mientras que el color azul son las más pequeñas con 450-490 nm.

Las auroras no solo se ven en el polo norte, si se producen en el polo sur se las conoce como auroras australes. Una equivocación muy común es que cuanto más nos acerquemos a los polos mejor las veremos y es mentira. La mejor zona para la observación de las auroras boreales se sitúa en el norte de Canadá, cerca de la isla Ellesmere, ya que el Polo Norte magnético no coincide con el Polo Norte geográfico. El Polo Norte magnético es el lugar en que el campo magnético del planeta es perfectamente perpendicular a la superficie. Las brújulas apuntan realmente hacia este y no hacia el geográfico, por lo que en latitudes altas son bastante imprecisas.
Las luces multicolor de las auroras boreales y australes alcanzan una altitud de 80 km a 500 km sobre la superficie de la Tierra.

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, pueden 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 por el horizonte. Su actividad puede durar desde unos pocos minutos hasta horas. Cuando se aproxima el alba todo el proceso parece calmarse y tan solo 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.

A modo de resumen recalcar que una aurora boreal no viene dada por una refracción como ocurre con el arcoíris sino por una interacción del viento solar con la magnetosfera terrestre y los átomos que están en la atmósfera del planeta y la excitación de estos.

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