Por que a aurora boreal é formada? - Médico - 2023

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Contemplar uma aurora boreal é uma das experiências mais incríveis que se pode ter na vida. Esses fenômenos atmosféricos não só foram um grande incentivo para o turismo em países próximos ao Pólo Norte, mas também inspiraram artistas ao longo da história e foram até mesmo uma peça fundamental na mitologia de muitas civilizações.

As auroras são fenômenos atmosféricos de incomparável beleza, por isso é curioso saber que a razão de seu aparecimento são as fragilidades do campo magnético terrestre que nos protege da incidência dos ventos solares.

Na verdade, a razão para as auroras (são boreais se ocorrem no Pólo Norte e meridionais se ocorrem no Pólo Sul) é devido à relação entre os raios cósmicos do Sol e o campo magnético da Terra. Mas, O que é que causa a formação desses incríveis fenômenos de luzes?

No artigo de hoje vamos responder a essa pergunta. De forma simples, mas muito completa, entenderemos não só o que é uma aurora boreal, mas também os fenômenos físicos que explicam seu surgimento. Vamos lá.

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O que é uma aurora polar?

Uma aurora polar é um fenômeno atmosférico no qual formas de diferentes brilhos e cores aparecem no céu noturno, geralmente nas áreas polares., embora em certas ocasiões possam atingir áreas um tanto distantes dos pólos. Seja como for, se essas auroras polares ocorrem no pólo norte, são chamadas de luzes do norte. E se acontecerem no pólo sul, a partir das auroras do sul.

A mais conhecida é a aurora boreal, pois é no hemisfério norte onde a observação desses fenômenos é mais acessível. Seu nome vem de alvorecer, a deusa romana do amanhecer, e de Boreas, Termo grego que significa "norte".

São eventos surpreendentes que, segundo os especialistas, as melhores épocas a serem observadas são o outono e a primavera, entre os meses de outubro e março. Ainda assim, as luzes do norte, visto que dependem fortemente, como veremos, da atividade solar, são fenômenos imprevisíveis.

As auroras têm cores, estruturas e formas muito diversas que mudam rapidamente ao longo do tempo em que permanecem no céu noturno. Eles tendem a começar como um arco isolado muito alongado que se estende pelo horizonte, geralmente na direção leste-oeste. Posteriormente, cachos ou ondas são formados ao longo do arco, além de formas mais verticais.

Essas auroras podem durar de alguns minutos a várias horas, mas o surpreendente é que, quase de repente, o céu noturno começa a se encher de cachos, espirais, faixas e raios de luz que tremem e se movem rapidamente, com cores geralmente esverdeadas (veremos porque) mas que também podem ser avermelhado, para também desaparecer repentinamente e deixar um céu totalmente claro.

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O Sol, os ventos solares e o campo magnético: quem é quem?

Para entender a formação das Luzes do Norte, temos que apresentar os três protagonistas principais: o Sol, os ventos solares e o campo magnético da Terra. É a partir da inter-relação entre eles que a existência desses incríveis fenômenos atmosféricos se torna possível..

Vamos começar com o Sol. Como bem sabemos, é a nossa estrela. O Sol é um corpo celeste com diâmetro de 1,3 milhão de quilômetros (o que o faz representar 99,86% de todo o peso do Sistema Solar) e que consiste em uma esfera de plasma incandescente cuja temperatura superficial é de cerca de 5.500 ° C.

Mas o que é realmente importante é que as reações de fusão nuclear ocorram em seu núcleo, que atinge uma temperatura de cerca de 15.000.000 ° C. O Sol, portanto, é um reator nuclear em escala colossal. É uma esfera de gás e plasma que libera grandes quantidades de energia, resultado da fusão nuclear, na forma de calor, luz e radiação eletromagnética.

E aqui entra em jogo nosso segundo protagonista: os ventos solares. Devido às reações de fusão nuclear, o Sol “gera” partículas eletricamente carregadas que se depositam no que viria a ser a atmosfera do Sol. Mesmo assim, como a pressão na superfície do Sol é maior que a do espaço que o circunda, essas partículas tendem a escapar , sendo acelerado pelo próprio campo magnético do Sol.

Essa emissão constante de partículas eletricamente carregadas é conhecida como radiação solar ou vento solar.. O Sol está localizado a 149,6 milhões de quilômetros de nós, mas essas partículas de vento solar altamente energéticas viajam a velocidades entre 490 e 1.000 quilômetros por segundo, levando apenas dois dias para chegar à Terra.

Esses ventos solares são uma forma perigosa de radiação. Felizmente, quando chegam à Terra, encontram nosso terceiro e último protagonista: o campo magnético terrestre. É um campo magnético (um campo de força criado como resultado do movimento de cargas elétricas) originado no núcleo da Terra devido aos movimentos das ligas de ferro fundido nele.

Portanto, a Terra é cercada por um campo de força invisível de natureza magnética que, como se fosse um ímã, cria linhas de campo que circundam o planeta e que explicam a existência de um pólo norte e um pólo sul.

E além de permitir o funcionamento das bússolas, esse campo magnético é vital para nos proteger dos ventos solares que mencionamos. Na verdade, o campo magnético interage com a radiação solar em uma camada da atmosfera terrestre conhecida como magnetosfera, região que tem 500 km de altura e que nos protege da chegada da radiação solar. Mas essa magnetosfera tem um ponto "fraco", que é o que desvia essas partículas do Sol em direção aos pólos terrestres. E é aqui que, finalmente, encontramos a razão das auroras.

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Como a aurora boreal é formada?

Já entendemos o papel dos ventos solares e do campo magnético da Terra. Agora é a hora de ver exatamente por que esse fenômeno surpreendente se formou. Como nós vimos, a magnetosfera é formada pelo impacto dos ventos solares com o campo magnético da Terra. Nesse sentido, é uma camada que nos protege da radiação solar.

Mas alguns desses ventos solares deslizam pelas linhas do campo magnético e alcançam os pólos. Em outras palavras, as partículas energéticas e eletricamente carregadas do Sol são guiadas pelo campo magnético e são direcionadas aos pólos da Terra. A radiação solar flui pela magnetosfera como se fosse um rio.

Essas partículas de radiação solar ficam presas nos pólos, ponto em que começa o processo físico que explica o surgimento das luzes do norte. Se essas partículas tiverem energia suficiente, são capazes de passar pela magnetosfera e chegar à termosfera, que se estende de 85 km de altura a 690 km. A aurora boreal ocorre nesta termosfera, que também é conhecida como ionosfera.

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Quando isso acontece, os gases da termosfera, que são basicamente nitrogênio e oxigênio, absorvem a radiação. Partículas de radiação solar colidem com átomos gasosos na termosfera que estão em seu nível de energia mais baixo. O vento solar que superou o campo magnético da Terra excita os átomos de nitrogênio e oxigênio, fazendo-os ganhar um elétron.

Em pouco tempo (estamos falando de um milionésimo de segundo), o átomo em questão deve retornar ao seu nível de energia mais baixo, liberando assim o elétron que havia ganho. Essa perda de excitação implica que eles liberam energia. E eles fazem. Eles retornam a energia que foi adquirida pela colisão de partículas eletricamente carregadas na forma de luz. E é quando temos uma aurora boreal.

Portanto, uma aurora boreal é formada quando os átomos dos gases presentes na termosfera colidem com partículas eletricamente carregadas dos ventos solares que passaram pela magnetosfera. Quando ocorre esse impacto com os átomos gasosos, esses átomos recebem um elétron das partículas solares, o que os faz ficar momentaneamente excitados para, muito rapidamente, retornar essa energia previamente adquirida em forma de luz.

As formas observadas no céu noturno são produzidas pela ionização de nitrogênio e oxigênio, que emitem luz quando eletricamente excitados. Por ocorrerem na termosfera, as auroras têm sempre entre 85 e 690 km de altura.

Mas por que eles têm a cor que têm? Isso se deve, novamente, à composição gasosa da termosfera e aos gases com os quais os ventos solares interagem. Cada gás, retornando ao seu nível de energia mais baixo, emite energia em uma faixa específica do espectro eletromagnético visível.

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O oxigênio emite luz com um comprimento de onda de cerca de 577 nanômetros. Se olharmos para o espectro eletromagnético, esse comprimento de onda corresponde à cor verde. Por isso a cor esverdeada é a mais comum nas auroras. E é comum porque grande parte da ionização ocorre a uma altitude de 100 km, onde o oxigênio é o gás predominante.

Agora, se a ionização ocorrer em camadas superiores, a composição da atmosfera será diferente, então os comprimentos de onda emitidos pelos átomos também serão diferentes. A uma altitude de 320 km e desde que a radiação seja muito energética, é possível que o oxigênio emita luz na faixa de comprimento de onda de 630 nanômetros, que é a que corresponde à cor vermelha. Conseqüentemente, as cores avermelhadas nas auroras são possíveis, mas menos frequentes.

Paralelamente, o nitrogênio, perdendo a excitação elétrica, emite luz com um comprimento de onda menor do que o oxigênio. De fato, a energia liberada pelos átomos de nitrogênio tem um comprimento de onda entre 500 e 400 nanômetros, que corresponde às cores rosadas, roxas e, menos freqüentemente, azuladas.

Em suma, as auroras boreais aparecem devido à ionização dos átomos dos gases da termosfera devido à colisão com as partículas solares e posteriormente retornam ao nível de energia mais baixo, o que causará a emissão de luzes com um comprimento de onda específico em função de o gás com o qual está interagindo. Auroras são fenômenos surpreendentes que, como vemos, são pura física.