A aurora
polar é um fenômeno ótico composto de um brilho observado nos céus
noturnos nas regiões polares, em decorrência do impacto de partículas de vento
solar com a alta atmosfera da Terra, canalizadas pelo campo magnético terrestre.
Em
latitudes do hemisfério norte é conhecida como aurora boreal (nome
batizado por Galileu Galilei em 1619, em referência à deusa romana do
amanhecer, Aurora e Bóreas, deus grego, representante dos ventos nortes). A
ocorrência deste fenômeno depende da atividade das fulgurações solares.
Em
latitudes do hemisfério sul é conhecida como aurora austral, nome
batizado por James Cook, uma referência direta ao fato de estar ao Sul.
O
fenômeno não é exclusivo somente ao planeta Terra, sendo também observável em
outros planetas do sistema solar como Júpiter, Marte e Vênus e Saturno.
Da
mesma maneira, o fenômeno não é exclusivo da natureza, sendo também
reproduzível artificialmente através de explosões nucleares ou em
laboratório.
Mecanismo
A
aurora aparece tipicamente tanto como um brilho difuso quanto como uma cortina
estendida em sentido horizontal. Algumas vezes são formados arcos que podem
mudar de forma constantemente.
Cada
cortina consiste de vários raios paralelos e alinhados na direção das linhas do
campo magnético, sugerindo que o fenômeno no nosso planeta está alinhado com o
campo magnético terrestre. Da mesma forma a junção de diversos fatores pode
levar à formação de linhas aurorais de tonalidades de cor específicas.
Aurora Polar Terrestre
A
aurora polar terrestre é causada por elétrons de energia de 1 a 15 keV,
além de prótons e partículas alfa, sendo que a luz é produzida quando eles
colidem com átomos da atmosfera do planeta, predominantemente oxigênio e
nitrogênio, tipicamente em altitudes entre 80 e 150 km.
Cada
colisão emite parte da energia da partícula para o átomo que é atingido, um
processo de ionização, dissociação e excitação de partículas. Quando
ocorre ionização, elétrons são ejetados, os quais carregam energia e criam um
efeito dominó de ionização em outros átomos.
A
excitação resulta em emissão, levando o átomo a estados instáveis, sendo que
estes emitem luz em frequências específicas enquanto se estabilizam.
Enquanto a estabilização do oxigênio leva até um segundo para acontecer, o
nitrogênio estabiliza-se e emite luz instantaneamente.
Tal
processo, que é essencial para a formação da ionosfera terrestre, é
comparável ao de uma tela de televisão, no qual elétrons atingem uma superfície
de fósforo, alterando o nível de energia das moléculas e resultando na emissão
de luz.
De modo
geral, o efeito luminoso é dominado pela emissão de átomos de oxigênio em altas
camadas atmosféricas (em torno de 200 km de altitude), o que produz a
tonalidade verde.
Quando
a tempestade é forte, camadas mais baixas da atmosfera são atingidas pelo vento
solar (em torno de 100 km de altitude), produzindo a tonalidade
vermelho escura pela emissão de átomos de nitrogênio (predominante) e
oxigênio. Átomos de oxigênio emitem tonalidades de cores bastante variadas, mas
as predominantes são o vermelho e o verde.
O
fenômeno também pode ser observado com uma iluminação ultravioleta, violeta ou
azul, originada de átomos de nitrogênio, sendo que a primeira é um bom meio
para observá-lo do espaço (mas não em terra firme, pois a atmosfera absorve os
raios UV). O satélite da NASA Polar já observou o efeito em raios X,
sendo que a imagem mostra precipitações de elétrons de alta energia.
A
interação entre moléculas de oxigênio e nitrogênio, ambas gerando tonalidades
na faixa do verde, cria o efeito da "linha verde auroral", como
evidenciado pelas imagens da Estação Espacial Internacional.
Da
mesma forma a interação entre tais átomos pode produzir o efeito da "linha
vermelha auroral", ainda que mais raro e presente em altitudes mais altas.
A Terra é
constantemente atingida por ventos solares, um fluxo rarefeito de plasma quente
(gás de elétrons livres e cátions) emitidos pelo Sol em todas as
direções, um resultado de milhões de graus de temperatura da camada mais
externa da estrela, a coroa solar.
Durante
tempestades magnéticas os fluxos podem ser bem mais fortes, assim como o
campo magnético interplanetário entre os dois corpos celestes, causando
distúrbios pela ionosfera em resposta às tempestades.
Tais
distúrbios afetam a qualidade da comunicação por rádio ou de sistemas de
navegação, além de causar danos para astronautas em tal região, células
solares de satélites artificiais, no movimento de bússolas e na ação
de radares. A resposta da ionosfera é complexa e de difícil modelagem,
dificultando a predição para tais eventos.
A
magnosfera terrestre é uma região do espaço dominada por seu campo
magnético. Ela forma um obstáculo no caminho do vento solar, causando sua
dispersão em sua volta. Sua largura é de aproximadamente 190 000 km,
e do lado oposto ao sol uma longa cauda magnética é estendida para
distâncias ainda maiores.
As
auroras geralmente são confinadas em regiões de formato oval, próximas aos
polos magnéticos. Quando a atividade do efeito está calma, a região possui um
tamanho médio de 3 000 km, podendo aumentar para 4 000 ou 5 000 km
quando os ventos solares são mais intensos.
A fonte
de energia da aurora é obtida pelos ventos solares fluindo pela Terra.
Tanto a magnetosfera quanto os ventos solares podem conduzir eletricidade.
É conhecido que se dois condutores elétricos ligados por um circuito elétrico são
imersos em um campo magnético e um deles move-se relativamente ao outro,
uma corrente elétrica será gerada no circuito.
Geradores
elétricos ou dínamos fazem uso de tal processo, mas condutores também
podem ser constituídos de plasmas ou ainda outros fluidos. Seguindo a mesma
ideia, o vento solar e a magnetosfera são fluidos condutores de eletricidade
com movimento relativo, e são capazes de gerar corrente elétrica, que originam
tal efeito luminoso.
Como os
polos magnético e geográfico do nosso planeta não estão alinhados, da mesma
forma as regiões aurorais não estão alinhadas com o polo geográfico. Os
melhores pontos (chamados pontos de auge) para a observação de auroras
encontram-se no Canadá para auroras boreais e na ilha da Tasmânia ou
sul da Nova Zelândia para auroras austrais.