Aurora boreal: hi ha una cosa més bonica en les terres celestes?
1992/12/01 Mujika, Alfontso - Elhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
L'aurora boreal (també austral) és un dels fenòmens més espectaculars del nostre planeta. La seva bellesa excepcional és difícil de descriure. Cal veure-ho. Aurora va cridar l'atenció dels humans en l'antiguitat. Les seves descripcions es troben en l'Antic Testament, en un text del filòsof romà Sèneca i en la literatura medieval europea. I, per descomptat, en les cultures nòrdiques, els esquíimos amb una rica tradició oral, els athabascas indis, els laponianos, els groenlandesos i les tribus del nord d'Àsia han transmès de generació en generació les seves rondalles sobre l'aurora.
En aquestes cultures les misterioses llums del cel, un fenomen pròxim, estan molt arrelades. Al llarg de la història, a vegades, s'ha pogut veure l'aurora més enllà de les latituds típiques, espantant les poblacions d'Itàlia i França. De fet, en l'aurora visible des de les latituds mitjanes, el color vermell sol ser un component destacat i dominant, i la població europea l'associava a la sang i a les batalles, com a predictors dels sinistres i danys que s'han de produir.
Aurora: recerca científica
La història de la recerca d'Aurora és llarga. Pierre Gassendi, XVII. Matemàtic i filòsof del segle XX, va ser el que va utilitzar per primera vegada la paraula “aurora” per a designar aquest fenomen. Aurora, en la mitologia romana, era la deessa que obria les portes del cel al carro del Sol, l'anunciant del dia.
Una de les primeres preocupacions dels científics va ser conèixer l'altitud de l'aurora. Alguns consideraven que l'aurora s'originava en la baixa atmosfera, és a dir, en el mateix lloc on es produeixen els núvols. Henry Cavendish (1731-1810) i John Dalton (1766-1844) van calcular l'aurora a una altitud entre 80 i 250 km i el físic noruec Carl Stormer (1874-1957) va calcular l'altitud amb precisió. Per a això, va realitzar instantànies d'aurores des de dos punts molt allunyats de la cançó. Posteriorment, aplicant la teoria triangular, va calcular que el punt més baix de l'aurora es trobava a 100-105 km de la Terra.
També es va prestar especial atenció a la freqüència d'aparició de l'aurora. En 1860, després d'una exhaustiva, llarga i atenta recopilació de dades, l'estatunidenc Elías Loomis va realitzar el primer mapa d'aurores. Més tard, en 1944, E.H. Vestin va fer un altre. Les dades indiquen clarament que l'aurora apareix amb major freqüència entorn d'una latitud de 65° i que a mesura que es va avançant cap a latituds majors o menors, la freqüència disminueix. A la fi del segle passat van començar a utilitzar les fotografies per a investigar les aurores, però la fotografia de l'aurora no és tan senzilla. D'una banda, a vegades el moviment de l'aurora és tan ràpid que ni tan sols les pel·lícules fotogràfiques actuals han pogut gravar. D'altra banda, l'aurora és un fenomen a gran escala, per la qual cosa no es pot investigar adequadament fent fotos des d'un únic punt, sinó des de molts punts.
La pregunta no contestada en la primera meitat d'aquest segle era: quan apareix l'aurora, es veu en tot el cordal a l'a el mateix temps o només en part? Després de l'anàlisi de les fotografies, en 1963 es va arribar a la conclusió que l'aurora es veu simultàniament a través d'una estreta franja que envolta el pol i que no coincideix amb la que es va definir anteriorment. Aquesta llista s'ha denominat aurora-obalo. L'oval aurorial està fixat respecte al Sol. La Terra fa un volt completa al dia sota l'oval auricular. Per tant, en girar la Terra, el territori que queda per sota de l'oval auricular canvia, és a dir, a diferència de la zona auricular, l'oval auroral no té una ubicació geogràfica fixa en el temps. L'oval de l'aurora es desplaça a l'interior de l'aurora, tal com s'observa en la imatge posterior amb quatre mapes.
L'aurora boreal i l'aurora austral eren o no el mateix fenomen. En 1967 un grup d'investigadors viatjava amb avió sobre Alaska mentre un altre viatjava sobre Nova Zelanda. Les instantànies realitzades per l'un i l'altre van demostrar que totes dues aurores es produïen simultàniament.
No obstant això, el principal problema és saber quin tipus de llum emet l'aurora. La resposta ens donarà dues dades importants: primer, quin tipus d'àtoms i molècules són els emissors de llum i, segon, per què emeten. L'apartat científic que l'analitza en general és l'espectroscòpia i l'espectroscòpia aurora en el nostre cas. El prisma és l'instrument bàsic de l'espectroscòpia. Travessant el prisma, la llum es descompon.
Aquest és l'espectre. XIX. Fins a principis del segle XX, la majoria dels científics consideraven que l'aurora era una llum solar reflectida en els diminuts cristalls de gel suspesos en el cel. Segons això, l'espectre de la llum aurora havia de ser igual al de la llum solar. El físic noruec Àngstrom (1814-74), utilitzant el prisma, va descobrir que l'espectre d'aurora no és continu, al contrari que el de la llum solar. Presenta línies i franges de diferents colors, amb zones fosques. Les línies són emeses pels àtoms i les bandes per les molècules (veure figura).
XIX. A mitjan segle XX els científics sabien que es podia obtenir un espectre de llum format per línies i bandes mitjançant la introducció d'un gas en un tub de vidre i l'aplicació d'una alta tensió entre els elèctrodes col·locats en els extrems del tub. Aquest és el cas de la llum neó. Per exemple, si en un tub de vidre estret en el qual s'ha realitzat el buit s'introdueix el gas neó i es connecta a una font d'alta tensió, els electrons s'aboquen de l'elèctrode negatiu al positiu a través del tub. Aquests electrons xoquen amb els àtoms de neó i el seu estat interior canvia. Els àtoms s'exciten. Però els àtoms de neó no poden romandre excitats i tornen al seu estat inicial. En tornar al seu estat original, l'energia captada en el moment de la seva excitació és enviada a l'exterior emetent la llum: la coneguda llum vermella. Però només els àtoms de neó poden emetre aquesta llum vermella. Els científics van analitzar l'espectre emès per cada tipus d'àtom i molècula.
D'aquesta forma s'han pogut conèixer els àtoms i molècules que generen l'espectre de la llum aurora. Àngstrom va descobrir en 1868 que la llum aurora més corrent, verda blanquinosa, era una línia verda en l'espectre. No obstant això, fins a l'any 1925 no es va saber quin era l'àtom que generava aquesta línia, ja que es va descobrir que aquest verd era produït per l'oxigen atòmic (O). En l'atmosfera inferior hi ha oxigen, però en les molècules (O 2 ). En l'altitud en la qual apareix l'aurora, les molècules d'oxigen se separen en els àtoms d'oxigen que les componen. A més, en condicions especials, l'oxigen també pot emetre llum vermella fosca. Aquesta és la llum sanguínia de l'aurora, que terroritzava a la població medieval.
L'espectroscòpia ens descobreix el misteri de l'aurora. L'aurora és un fenomen de descàrrega provocat per l'entrada d'elèctrodes energètics a l'alta atmosfera polar. L'atmosfera d'altitud en la qual es produeix l'aurora és similar a la dels tubs electrònics, és a dir, tota l'atmosfera superior és un tub de descàrrega gegant.
Qui controla l'aurora?
Sabem que l'aurora canvia de forma, grandària i color. I que a vegades és molt més visible i brillant que unes altres. Per què? El sol és el culpable. Si canvien les condicions en el sol, el vent solar canvia i això provoca canvis en la vora de la magnetosfera, on es forma l'aurora. Avui sabem que després de cadascuna de les flames que es produeixen en el Sol el vent solar augmenta. A més, sabem que la dinàmica interna del Sol té un període aproximat d'11 anys. Quan l'activitat solar periòdica està en auge (per exemple en els anys 1957-59, 1968-70, 1979-81 i 1990-92), les aurores són més abundants i majors.
Encara que normalment tenen entre 350 i 450 km d'altura, quan les condicions del Sol són especials poden aconseguir altures de fins a 1.000 km i color vermell. En ser tan llargues es poden veure des de molt lluny. Per exemple, en 1958 una aurora vermella es va veure des de Mèxic. I abans, el 4 de febrer de 1872 es va veure en Bonbai, en 1909 a Singapur, en 1921 a Samoa. Aquestes gegantesques aurores vermelles eren les que feien témer en l'Edat mitjana.
Influència de l'aurora
L'aurora és un fenomen de descàrrega, és a dir, cal tenir en compte que al llarg de la tela d'aurora, en la ionosfera, a una altitud aproximada de 100 km, flueix un corrent elèctric de l'ordre d'un milió d'amperes. Aquest corrent produeix interferències geo-magnètiques. Per exemple, pot provocar un canvi de fins a 10è en la brúixola. D'altra banda, a causa de la variabilitat de la intensitat d'aquest corrent, el camp magnètic variable associat produeix corrents elèctrics en els conductors llargs situats en la Terra, com ara línies de distribució d'energia elèctrica, línies telegràfiques, oleoductes i gasoductes. També ha ocasionat danys: deterioració de transformadors, cort de cables de comunicacions, etc.
Aurora és un fenomen complex, però per a gaudir de la bellesa de l'aurora no fa falta saber física. Només cal anar al Xai i mirar al cel a la nit.
En la imatge adjunta E. Es pot veure el mapa realitzat per l'estatunidenc Harry Vestine en 1944. El número que hi ha en cada corba indica el nombre mitjà de nits que es pot veure en aurora a l'any. Al voltant de la corba número 243 es diu auroraldea. No obstant això, atès que l'aurora depèn de l'activitat solar, quan estigui en auge (per exemple, entre 1990 i 93) l'aurora apareixerà amb més freqüència que la que indica el mapa. D'altra banda, encara que no es vegi en el mapa, el número de la línia de freqüències que travessa Euskal Herria és aproximadament 0,5. Per tant, en teoria, cada dos anys podríem veure l'aurora d'Euskal Herria, però per a això es necessita un cel i una nit.
L'electró energètic (e) es genera en l'alta atmosfera i xoca amb les molècules de nitrogen (N 2 ). Els electrons tenen tanta energia, on extreuen un electró (e 1) de la molècula de nitrogen. En conseqüència, la molècula perd una càrrega negativa i es converteix en positiva, és a dir, s'ionitza (N 2 ). Aquestes molècules ionitzades emeten llum ultraviolada que l'ull humà no pot veure. Els electrons extrets (e 1) també tenen energia i si en el camí xoquen amb algun àtom d'oxigen (O) exciten a l'àtom d'oxigen. Quan torna al seu estat inicial, emet llum groc-verd que nosaltres veiem com a aurora.
Ara sabem que l'aurora és un gegantesc fenomen de descàrrega que envolta la Terra. Però, on està el generador que alimenta d'energia? L'energia elèctrica associada a la descàrrega d'aurora és enorme: 10 12 kW<h a l'any, és a dir, 580 vegades més que l'energia elèctrica anual consumida en tot el País Basc.
En qualsevol generador elèctric són necessaris dos elements: el conductor elèctric i el camp magnètic. Quan el conductor es mou dins del camp magnètic, es genera una força electromotriu en el conductor. En el cas de l'aurora, podem pensar que el camp magnètic és el camp magnètic de la Terra. I el conductor? És l'exterior de l'atmosfera solar, coneguda com a corona. La temperatura en la corona és d'un milió de °C, per la qual cosa tots els seus àtoms i molècules estan ionitzats, és a dir, la corona està formada per partícules de càrrega elèctrica.
Quan el vent solar s'acosta a la Terra es forma un buit al voltant de la Terra, ja que les línies del camp magnètic terrestre ho impedeixen. Aquest buit és la magnetosfera. El camp magnètic solar, “transportat” pel vent solar, s'associa al camp magnètic terrestre. Un feix de línies de camp magnètic terrestre surt per sobre de la regió del pol i es dispersa en el buit abans esmentat, connectant-se amb les línies de camp magnètic del vent solar a la vora de la magnetosfera. Aquí és on es genera l'electricitat; quan els conductors (vents del sol) es desplacen pel camp magnètic. L'electricitat es genera en tota la vora de la magnetosfera, en el generador solar/magnetosfera. Les recerques han demostrat que aquest generador té una tensió de 100.000 volts i una potència elèctrica d'1.000.000 MW (250 vegades la potència que proporcionarien simultàniament els quatre reactors nuclears que desitjaven instal·lar-se en Lemoiz i que no han estat afortunats).
Tot generador necessita dues terminals. El terminal positiu del generador Sol-O-Magnetosfera es troba en el “dia” de la vora de la magnetosfera (respecte al Sol) i el negatiu en la “nit”. Per a poder obtenir la descàrrega elèctrica a partir d'aquesta energia elèctrica generada per aquest generador d'alta atmosfera, és necessari connectar aquesta alta atmosfera als terminals i per a això es necessiten “conductors”, “cables”. On estan els cables? A través del gas molt ionitzat de la magnetosfera, el corrent elèctric flueix més fàcilment que paral·lelament a les línies magnètiques. Per tant, les línies de camp magnètic són “cables” invisibles.
Com s'ha indicat, les línies de camp magnètic terrestre de la regió dels pols surten dels pols i es connecten amb les línies de camp magnètic del vent solar. No obstant això, només les línies que formen la superfície del feix des del feix de línies que sobresurt dels pols (i no les connectades a les línies de vent solar) estan connectades als terminals. Per tant, l'energia elèctrica dels terminals del generador passa del terminal positiu a l'alta atmosfera de la regió polar i es retorna del terminal negatiu, però només a través de la superfície del feix de línies de la regió polar. Aquest corrent està format principalment per electrons. L'aurora sorgeix en xocar aquests electrons amb àtoms i molècules de l'alta atmosfera.
En aquestes imatges, l'oval auroral apareix en diferents llocs a diferents hores. La posició del Sol ve donada pel punt vermell dins del cercle. Com es veu, la major extensió de l'oval d'aurora (és a dir, del territori que es veu alhora l'aurora) queda sempre sobre el territori que es troba a mitjanit.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
