Aurora boreal: ¿hay algo más bonito en las tierras celestes?
1992/12/01 Mujika, Alfontso - Elhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
ofrecer. Formas diferentes, tamaños variables, ondas itinerantes de color. Ahora mismo, lejos, la luz bruja tiene el cielo como lugar de juego. Los expertos afirman que los iones, la magnetosfera, las descargas eléctricas... Pero la belleza del espectáculo, el encanto de esa luz, no puede ser explicada por los científicos. ¿Aurora en Euskal Herria? La magnetosfera actúa como generador eléctrico
La aurora boreal (también austral) es uno de los fenómenos más espectaculares de nuestro planeta. Su belleza excepcional es difícil de describir. Hay que verlo. Aurora llamó la atención de los humanos en la antigüedad. Sus descripciones se encuentran en el Antiguo Testamento, en un texto del filósofo romano Séneca y en la literatura medieval europea. Y, por supuesto, en las culturas nórdicas, los esquíimos con una rica tradición oral, los athabascas indios, los laponianos, los groenlandeses y las tribus del norte de Asia han transmitido de generación en generación sus fábulas sobre la aurora.
En estas culturas las misteriosas luces del cielo, un fenómeno cercano, están muy arraigadas. A lo largo de la historia, en ocasiones, se ha podido ver la aurora más allá de las latitudes típicas, asustando las poblaciones de Italia y Francia. De hecho, en la aurora visible desde las latitudes medias, el color rojo suele ser un componente destacado y dominante, y la población europea lo asociaba a la sangre y a las batallas, como predictores de los siniestros y daños que se deben producir.
Aurora: investigación científica
La historia de la investigación de Aurora es larga. Pierre Gassendi, XVII. Matemático y filósofo del siglo XX, fue el que utilizó por primera vez la palabra “aurora” para designar este fenómeno. Aurora, en la mitología romana, era la diosa que abría las puertas del cielo al carro del Sol, el anunciante del día.
Una de las primeras preocupaciones de los científicos fue conocer la altitud de la aurora. Algunos consideraban que la aurora se originaba en la baja atmósfera, es decir, en el mismo lugar donde se producen las nubes. Henry Cavendish (1731-1810) y John Dalton (1766-1844) calcularon la aurora a una altitud entre 80 y 250 km y el físico noruego Carl Stormer (1874-1957) calculó la altitud con precisión. Para ello, realizó instantáneas de auroras desde dos puntos muy alejados de la canción. Posteriormente, aplicando la teoría triangular, calculó que el punto más bajo de la aurora se encontraba a 100-105 km de la Tierra.
También se prestó especial atención a la frecuencia de aparición de la aurora. En 1860, tras una exhaustiva, larga y atenta recopilación de datos, el estadounidense Elías Loomis realizó el primer mapa de auroras. Más tarde, en 1944, E.H. Vestin hizo otro. Los datos indican claramente que la aurora aparece con mayor frecuencia en torno a una latitud de 65º y que a medida que se va avanzando hacia latitudes mayores o menores, la frecuencia disminuye. A finales del siglo pasado empezaron a utilizar las fotografías para investigar las auroras, pero la fotografía de la aurora no es tan sencilla. Por un lado, a veces el movimiento de la aurora es tan rápido que ni siquiera las películas fotográficas actuales han podido grabar. Por otro lado, la aurora es un fenómeno a gran escala, por lo que no se puede investigar adecuadamente haciendo fotos desde un único punto, sino desde muchos puntos.
La pregunta no contestada en la primera mitad de este siglo era: cuando aparece la aurora, ¿se ve en todo el cordal al al mismo tiempo o sólo en parte? Tras el análisis de las fotografías, en 1963 se llegó a la conclusión de que la aurora se ve simultáneamente a través de una estrecha franja que rodea el polo y que no coincide con la que se definió anteriormente. Esta lista se ha denominado aurora-obalo. El óvalo aurorial está fijado respecto al Sol. La Tierra da una vuelta completa al día bajo el óvalo auricular. Por tanto, al girar la Tierra, el territorio que queda por debajo del óvalo auricular cambia, es decir, a diferencia de la zona auricular, el óvalo auroral no tiene una ubicación geográfica fija en el tiempo. El óvalo de la aurora se desplaza en el interior de la aurora, tal y como se observa en la imagen trasera con cuatro mapas.
La aurora boreal y la aurora austral eran o no el mismo fenómeno. En 1967 un grupo de investigadores viajaba en avión sobre Alaska mientras otro viajaba sobre Nueva Zelanda. Las instantáneas realizadas por uno y otro demostraron que ambas auroras se producían simultáneamente.
Sin embargo, el principal problema es saber qué tipo de luz emite la aurora. La respuesta nos dará dos datos importantes: primero, qué tipo de átomos y moléculas son los emisores de luz y, segundo, por qué emiten. El apartado científico que lo analiza en general es la espectroscopia y la espectroscopia aurora en nuestro caso. El prisma es el instrumento básico de la espectroscopia. Atravesando el prisma, la luz se descompone.
Ese es el espectro. XIX. Hasta principios del siglo XX, la mayoría de los científicos consideraban que la aurora era una luz solar reflejada en los diminutos cristales de hielo suspendidos en el cielo. Según esto, el espectro de la luz aurora debía ser igual al de la luz solar. El físico noruego Angstrom (1814-74), utilizando el prisma, descubrió que el espectro de aurora no es continuo, al contrario que el de la luz solar. Presenta líneas y franjas de distintos colores, con zonas oscuras. Las líneas son emitidas por los átomos y las bandas por las moléculas (ver figura).
XIX. A mediados del siglo XX los científicos sabían que se podía obtener un espectro de luz formado por líneas y bandas mediante la introducción de un gas en un tubo de vidrio y la aplicación de una alta tensión entre los electrodos colocados en los extremos del tubo. Este es el caso de la luz neón. Por ejemplo, si en un tubo de vidrio estrecho en el que se ha realizado el vacío se introduce el gas neón y se conecta a una fuente de alta tensión, los electrones se vierten del electrodo negativo al positivo a través del tubo. Estos electrones chocan con los átomos de neón y su estado interior cambia. Los átomos se excitan. Pero los átomos de neón no pueden permanecer excitados y vuelven a su estado inicial. Al volver a su estado original, la energía captada en el momento de su excitación es enviada al exterior emitiendo la luz: la conocida luz roja. Pero sólo los átomos de neón pueden emitir esa luz roja. Los científicos analizaron el espectro emitido por cada tipo de átomo y molécula.
De esta forma se han podido conocer los átomos y moléculas que generan el espectro de la luz aurora. Angstrom descubrió en 1868 que la luz aurora más corriente, verde blanquecina, era una línea verde en el espectro. Sin embargo, hasta el año 1925 no se supo cuál era el átomo que generaba esa línea, ya que se descubrió que ese verde era producido por el oxígeno atómico (O). En la atmósfera inferior hay oxígeno, pero en las moléculas (O 2 ). En la altitud en la que aparece la aurora, las moléculas de oxígeno se separan en los átomos de oxígeno que las componen. Además, en condiciones especiales, el oxígeno también puede emitir luz roja oscura. Esa es la luz sanguínea de la aurora, que aterrorizaba a la población medieval.
La espectroscopia nos descubre el misterio de la aurora. La aurora es un fenómeno de descarga provocado por la entrada de electrodos energéticos a la alta atmósfera polar. La atmósfera de altitud en la que se produce la aurora es similar a la de los tubos electrónicos, es decir, toda la atmósfera superior es un tubo de descarga gigante.
¿Quién controla la aurora?
Sabemos que la aurora cambia de forma, tamaño y color. Y que a veces es mucho más visible y brillante que otras. ¿Por qué? El sol es el culpable. Si cambian las condiciones en el sol, el viento solar cambia y esto provoca cambios en el borde de la magnetosfera, donde se forma la aurora. Hoy sabemos que después de cada una de las llamas que se producen en el Sol el viento solar aumenta. Además, sabemos que la dinámica interna del Sol tiene un período aproximado de 11 años. Cuando la actividad solar periódica está en auge (por ejemplo en los años 1957-59, 1968-70, 1979-81 y 1990-92), las auroras son más abundantes y mayores.
Aunque normalmente tienen entre 350 y 450 km de altura, cuando las condiciones del Sol son especiales pueden alcanzar alturas de hasta 1.000 km y color rojo. Al ser tan largas se pueden ver desde muy lejos. Por ejemplo, en 1958 una aurora roja se vio desde México. Y antes, el 4 de febrero de 1872 se vio en Bonbai, en 1909 en Singapur, en 1921 en Samoa. Estas gigantescas auroras rojas eran las que hacían temer en la Edad Media.
Influencia de la aurora
La aurora es un fenómeno de descarga, es decir, hay que tener en cuenta que a lo largo de la tela de aurora, en la ionosfera, a una altitud aproximada de 100 km, fluye una corriente eléctrica del orden de un millón de amperios. Esta corriente produce interferencias geo-magnéticas. Por ejemplo, puede provocar un cambio de hasta 10º en la brújula. Por otra parte, debido a la variabilidad de la intensidad de esta corriente, el campo magnético variable asociado produce corrientes eléctricas en los conductores largos situados en la Tierra, tales como líneas de distribución de energía eléctrica, líneas telegráficas, oleoductos y gaseoductos. También ha ocasionado daños: deterioro de transformadores, corte de cables de comunicaciones, etc.
Aurora es un fenómeno complejo, pero para disfrutar de la belleza de la aurora no hace falta saber física. Solo hay que ir al Cordero y mirar al cielo por la noche.
En la imagen adjunta E. Se puede ver el mapa realizado por el estadounidense Harry Vestine en 1944. El número que hay en cada curva indica el número medio de noches que se puede ver en aurora al año. Alrededor de la curva número 243 se llama auroraldea. Sin embargo, dado que la aurora depende de la actividad solar, cuando esté en auge (por ejemplo, entre 1990 y 93) la aurora aparecerá con más frecuencia que la que indica el mapa. Por otra parte, aunque no se vea en el mapa, el número de la línea de frecuencias que atraviesa Euskal Herria es aproximadamente 0,5. Por lo tanto, en teoría, cada dos años podríamos ver la aurora de Euskal Herria, pero para ello se necesita un cielo y una noche.
El electrón energético (e) se genera en la alta atmósfera y choca con las moléculas de nitrógeno (N 2 ). Los electrones tienen tanta energía, donde extraen un electrón (e 1) de la molécula de nitrógeno. En consecuencia, la molécula pierde una carga negativa y se convierte en positiva, es decir, se ioniza (N 2 ). Estas moléculas ionizadas emiten luz ultravioleta que el ojo humano no puede ver. Los electrones extraídos (e 1) también tienen energía y si en el camino chocan con algún átomo de oxígeno (O) excitan al átomo de oxígeno. Cuando vuelve a su estado inicial, emite luz amarillo-verde que nosotros vemos como aurora.
Ahora sabemos que la aurora es un gigantesco fenómeno de descarga que rodea la Tierra. Pero, ¿dónde está el generador que alimenta de energía? La energía eléctrica asociada a la descarga de aurora es enorme: 10 12 kW<h al año, es decir, 580 veces más que la energía eléctrica anual consumida en todo el País Vasco.
En cualquier generador eléctrico son necesarios dos elementos: el conductor eléctrico y el campo magnético. Cuando el conductor se mueve dentro del campo magnético, se genera una fuerza electromotriz en el conductor. En el caso de la aurora, podemos pensar que el campo magnético es el campo magnético de la Tierra. ¿Y el conductor? Es el exterior de la atmósfera solar, conocida como corona. La temperatura en la corona es de un millón de °C, por lo que todos sus átomos y moléculas están ionizados, es decir, la corona está formada por partículas de carga eléctrica.
Cuando el viento solar se acerca a la Tierra se forma un hueco alrededor de la Tierra, ya que las líneas del campo magnético terrestre lo impiden. Este hueco es la magnetosfera. El campo magnético solar, “transportado” por el viento solar, se asocia al campo magnético terrestre. Un haz de líneas de campo magnético terrestre sale por encima de la región del polo y se dispersa en el hueco antes mencionado, conectándose con las líneas de campo magnético del viento solar al borde de la magnetosfera. Ahí es donde se genera la electricidad; cuando los conductores (vientos del sol) se desplazan por el campo magnético. La electricidad se genera en todo el borde de la magnetosfera, en el generador solar/magnetosfera. Las investigaciones han demostrado que este generador tiene una tensión de 100.000 voltios y una potencia eléctrica de 1.000.000 MW (250 veces la potencia que proporcionarían simultáneamente los cuatro reactores nucleares que deseaban instalarse en Lemoiz y que no han sido afortunados).
Todo generador necesita dos terminales. El terminal positivo del generador Sol-O-Magnetosfera se encuentra en el “día” del borde de la magnetosfera (respecto al Sol) y el negativo en la “noche”. Para poder obtener la descarga eléctrica a partir de esta energía eléctrica generada por este generador de alta atmósfera, es necesario conectar dicha alta atmósfera a los terminales y para ello se necesitan “conductores”, “cables”. ¿Dónde están los cables? A través del gas muy ionizado de la magnetosfera, la corriente eléctrica fluye más fácilmente que paralelamente a las líneas magnéticas. Por tanto, las líneas de campo magnético son “cables” invisibles.
Como se ha indicado, las líneas de campo magnético terrestre de la región de los polos salen de los polos y se conectan con las líneas de campo magnético del viento solar. Sin embargo, sólo las líneas que forman la superficie del haz desde el haz de líneas que sobresale de los polos (y no las conectadas a las líneas de viento solar) están conectadas a los terminales. Por tanto, la energía eléctrica de los terminales del generador pasa del terminal positivo a la alta atmósfera de la región polar y se devuelve del terminal negativo, pero sólo a través de la superficie del haz de líneas de la región polar. Esta corriente está formada principalmente por electrones. La aurora surge al chocar estos electrones con átomos y moléculas de la alta atmósfera.
En estas imágenes, el óvalo auroral aparece en diferentes lugares a distintas horas. La posición del Sol viene dada por el punto rojo dentro del círculo. Como se ve, la mayor extensión del óvalo de aurora (es decir, del territorio que se ve a la vez la aurora) queda siempre sobre el territorio que se encuentra a media noche.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
