Aurora boreal: hai algo máis bonito nas terras celestes?
1992/12/01 Mujika, Alfontso - Elhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
ofrecer. Formas diferentes, tamaños variables, ondas itinerantes de cor. Agora mesmo, lonxe, a luz bruxa ten o ceo como lugar de xogo. Os expertos afirman que os iones, a magnetosfera, as descargas eléctricas... Pero a beleza do espectáculo, o encanto desa luz, non pode ser explicada polos científicos. Aurora en Euskal Herria? A magnetosfera actúa como xerador eléctrico
A aurora boreal (tamén austral) é un dos fenómenos máis espectaculares do noso planeta. A súa beleza excepcional é difícil de describir. Hai que velo. Aurora chamou a atención dos humanos na antigüidade. As súas descricións atópanse no Antigo Testamento, nun texto do filósofo romano Séneca e na literatura medieval europea. E, por suposto, nas culturas nórdicas, os esquíimos cunha rica tradición oral, os athabascas indios, os laponianos, os groenlandeses e as tribos do norte de Asia transmitiron de xeración en xeración as súas fábulas sobre a aurora.
Nestas culturas as misteriosas luces do ceo, un fenómeno próximo, están moi arraigadas. Ao longo da historia, en ocasións, púidose ver a aurora máis aló das latitudes típicas, asustando as poboacións de Italia e Francia. De feito, na aurora visible desde as latitudes medias, a cor vermella adoita ser un compoñente destacado e dominante, e a poboación europea asociábao ao sangue e ás batallas, como predictores dos sinistros e danos que se deben producir.
Aurora: investigación científica
A historia da investigación de Aurora é longa. Pierre Gassendi, XVII. Matemático e filósofo do século XX, foi o que utilizou por primeira vez a palabra “aurora” paira designar este fenómeno. Aurora, na mitoloxía romana, era a deusa que abría as portas do ceo ao carro do Sol, o anunciante do día.
Una das primeiras preocupacións dos científicos foi coñecer a altitude da aurora. Algúns consideraban que a aurora se orixinaba na baixa atmosfera, é dicir, no mesmo lugar onde se producen as nubes. Henry Cavendish (1731-1810) e John Dalton (1766-1844) calcularon a aurora a unha altitude entre 80 e 250 km e o físico noruegués Carl Stormer (1874-1957) calculou a altitude con precisión. Paira iso, realizou instantáneas de auroras desde dous puntos moi afastados da canción. Posteriormente, aplicando a teoría triangular, calculou que o punto máis baixo da aurora atopábase a 100-105 km da Terra.
Tamén se prestou especial atención á frecuencia de aparición da aurora. En 1860, tras unha exhaustiva, longa e atenta recompilación de datos, o estadounidense Elías Loomis realizou o primeiro mapa de auroras. Máis tarde, en 1944, E.H. Vestin fixo outro. Os datos indican claramente que a aurora aparece con maior frecuencia ao redor de una latitude de 65º e que a medida que se vai avanzando cara a latitudes maiores ou menores, a frecuencia diminúe. A finais do século pasado empezaron a utilizar as fotografías paira investigar as auroras, pero a fotografía da aurora non é tan sinxela. Por unha banda, ás veces o movemento da aurora é tan rápido que nin sequera as películas fotográficas actuais puideron gravar. Doutra banda, a aurora é un fenómeno a gran escala, polo que non se pode investigar adecuadamente facendo fotos desde un único punto, senón desde moitos puntos.
A pregunta non contestada na primeira metade deste século era: cando aparece a aurora, vese en todo o cordal ao ao mesmo tempo ou só en parte? Tras a análise das fotografías, en 1963 chegouse á conclusión de que a aurora se ve simultaneamente a través de una estreita franxa que rodea o polo e que non coincide coa que se definiu anteriormente. Esta lista denominouse aurora-obalo. O óvalo aurorial está fixado respecto ao Sol. A Terra dá una volta completa ao día baixo o óvalo auricular. Por tanto, ao virar a Terra, o territorio que queda por baixo do óvalo auricular cambia, é dicir, a diferenza da zona auricular, o óvalo auroral non ten una localización xeográfica fixa no tempo. O óvalo da aurora desprázase no interior da aurora, tal e como se observa na imaxe traseira con catro mapas.
A aurora boreal e a aurora austral eran ou non o mesmo fenómeno. En 1967 un grupo de investigadores viaxaba en avión sobre Alaska mentres outro viaxaba sobre Nova Zelandia. As instantáneas realizadas por un e outro demostraron que ambas as auroras se producían simultaneamente.
Con todo, o principal problema é saber que tipo de luz emite a aurora. A resposta daranos dous datos importantes: primeiro, que tipo de átomos e moléculas son os emisores de luz e, segundo, por que emiten. O apartado científico que o analiza en xeral é a espectroscopia e a espectroscopia aurora no noso caso. O prisma é o instrumento básico da espectroscopia. Atravesando o prisma, a luz descomponse.
Ese é o espectro. XIX. Até principios do século XX, a maioría dos científicos consideraban que a aurora era una luz solar reflectida nos diminutos cristais de xeo suspendidos no ceo. Segundo isto, o espectro da luz aurora debía ser igual ao da luz solar. O físico noruegués Angstrom (1814-74), utilizando o prisma, descubriu que o espectro de aurora non é continuo, ao contrario que o da luz solar. Presenta liñas e franxas de distintas cores, con zonas escuras. As liñas son emitidas polos átomos e as bandas polas moléculas (ver figura).
XIX. A mediados do século XX os científicos sabían que se podía obter un espectro de luz formado por liñas e bandas mediante a introdución dun gas nun tubo de vidro e a aplicación dunha alta tensión entre os electrodos colocados nos extremos do tubo. Este é o caso da luz neón. Por exemplo, si nun tubo de vidro estreito no que se realizou o baleiro introdúcese o gas neón e conéctase a unha fonte de alta tensión, os electróns vértense do electrodo negativo ao positivo a través do tubo. Estes electróns chocan cos átomos de neón e o seu estado interior cambia. Os átomos excítanse. Pero os átomos de neón non poden permanecer excitados e volven ao seu estado inicial. Ao volver ao seu estado orixinal, a enerxía captada no momento da súa excitación é enviada ao exterior emitindo a luz: a coñecida luz vermella. Pero só os átomos de neón poden emitir esa luz vermella. Os científicos analizaron o espectro emitido por cada tipo de átomo e molécula.
Desta forma puidéronse coñecer os átomos e moléculas que xeran o espectro da luz aurora. Angstrom descubriu en 1868 que a luz aurora máis corrente, verde esbrancuxada, era una liña verde no espectro. Con todo, até o ano 1925 non se soubo cal era o átomo que xeraba esa liña, xa que se descubriu que ese verde era producido polo osíxeno atómico (Ou). Na atmosfera inferior hai osíxeno, pero nas moléculas (Ou 2 ). Na altitude na que aparece a aurora, as moléculas de osíxeno sepáranse nos átomos de osíxeno que as compoñen. Ademais, en condicións especiais, o osíxeno tamén pode emitir luz vermella escura. Esa é a luz sanguínea da aurora, que aterrorizaba á poboación medieval.
A espectroscopia descóbrenos o misterio da aurora. A aurora é un fenómeno de descarga provocado pola entrada de electrodos enerxéticos á alta atmosfera polar. A atmosfera de altitude na que se produce a aurora é similar á dos tubos electrónicos, é dicir, toda a atmosfera superior é un tubo de descarga xigante.
Quen controla a aurora?
Sabemos que a aurora cambia de forma, tamaño e cor. E que ás veces é moito máis visible e brillante que outras. Por que? O sol é o culpable. Se cambian as condicións no sol, o vento solar cambia e isto provoca cambios no bordo da magnetosfera, onde se forma a aurora. Hoxe sabemos que despois de cada una das chamas que se producen no Sol o vento solar aumenta. Ademais, sabemos que a dinámica interna do Sol ten un período aproximado de 11 anos. Cando a actividade solar periódica está en auxe (por exemplo nos anos 1957-59, 1968-70, 1979-81 e 1990-92), as auroras son máis abundantes e maiores.
Aínda que normalmente teñen entre 350 e 450 km de altura, cando as condicións do Sol son especiais poden alcanzar alturas de até 1.000 km e cor vermella. Ao ser tan longas pódense ver desde moi lonxe. Por exemplo, en 1958 una aurora vermella viuse desde México. E antes, o 4 de febreiro de 1872 viuse en Bonbai, en 1909 en Singapura, en 1921 en Samoa. Estas xigantescas auroras vermellas eran as que facían temer na Idade Media.
Influencia da aurora
A aurora é un fenómeno de descarga, é dicir, hai que ter en conta que ao longo da tea de aurora, na ionosfera, a unha altitude aproximada de 100 km, flúe una corrente eléctrica da orde dun millón de amperios. Esta corrente produce interferencias geo-magnéticas. Por exemplo, pode provocar un cambio de até 10º no compás. Por outra banda, debido á variabilidade da intensidade desta corrente, o campo magnético variable asociado produce correntes eléctricas nos condutores longos situados na Terra, talles como liñas de distribución de enerxía eléctrica, liñas telegráficas, oleodutos e gasodutos. Tamén ocasionou danos: deterioración de transformadores, corte de cables de comunicacións, etc.
Aurora é un fenómeno complexo, pero paira gozar da beleza da aurora non fai falta saber física. Só hai que ir ao Cordeiro e mirar ao ceo pola noite.
Na imaxe adxunta E. Pódese ver o mapa realizado polo estadounidense Harry Vestine en 1944. O número que hai en cada curva indica o número medio de noites que se pode ver en aurora ao ano. Ao redor da curva número 243 chámase auroraldea. Con todo, dado que a aurora depende da actividade solar, cando estea en auxe (por exemplo, entre 1990 e 93) a aurora aparecerá con máis frecuencia que a que indica o mapa. Por outra banda, aínda que non se vexa no mapa, o número da liña de frecuencias que atravesa Euskal Herria é aproximadamente 0,5. Por tanto, en teoría, cada dous anos poderiamos ver a aurora de Euskal Herria, pero paira iso necesítase un ceo e una noite.
O electrón enerxético (e) xérase na alta atmosfera e choca coas moléculas de nitróxeno (N 2 ). Os electróns teñen tanta enerxía, onde extraen un electrón (e 1) da molécula de nitróxeno. En consecuencia, a molécula perde una carga negativa e convértese en positiva, é dicir, se ioniza (N 2 ). Estas moléculas ionizadas emiten luz ultravioleta que o ollo humano non pode ver. Os electróns extraídos (e 1) tamén teñen enerxía e si no camiño chocan con algún átomo de osíxeno (Ou) excitan ao átomo de osíxeno. Cando volve ao seu estado inicial, emite luz amarelo-verde que nós vemos como aurora.
Agora sabemos que a aurora é un xigantesco fenómeno de descarga que rodea a Terra. Pero, onde está o xerador que alimenta de enerxía? A enerxía eléctrica asociada á descarga de aurora é enorme: 10 12 kW<h ao ano, é dicir, 580 veces máis que a enerxía eléctrica anual consumida en todo o País Vasco.
En calquera xerador eléctrico son necesarios dous elementos: o condutor eléctrico e o campo magnético. Cando o condutor móvese dentro do campo magnético, xérase una forza electromotriz no condutor. No caso da aurora, podemos pensar que o campo magnético é o campo magnético da Terra. E o condutor? É o exterior da atmosfera solar, coñecida como coroa. A temperatura na coroa é dun millón de °C, polo que todos os seus átomos e moléculas están ionizados, é dicir, a coroa está formada por partículas de carga eléctrica.
Cando o vento solar achégase á Terra fórmase un oco ao redor da Terra, xa que as liñas do campo magnético terrestre impídeno. Este oco é a magnetosfera. O campo magnético solar, “transportado” polo vento solar, asóciase ao campo magnético terrestre. Un fai de liñas de campo magnético terrestre salgue por encima da rexión do polo e dispérsase no oco antes mencionado, conectándose coas liñas de campo magnético do vento solar ao bordo da magnetosfera. Aí é onde se xera a electricidade; cando os condutores (ventos do sol) desprázanse polo campo magnético. A electricidade xérase en todo o bordo da magnetosfera, no xerador solar/magnetosfera. As investigacións demostraron que este xerador ten una tensión de 100.000 voltios e una potencia eléctrica de 1.000.000 MW (250 veces a potencia que proporcionarían simultaneamente os catro reactores nucleares que desexaban instalarse en Lemoiz e que non foron afortunados).
Todo xerador necesita dous terminais. O terminal positivo do xerador Sol-Ou-Magnetosfera atópase no “día” do bordo da magnetosfera (respecto ao Sol) e o negativo na “noite”. Paira poder obter a descarga eléctrica a partir desta enerxía eléctrica xerada por este xerador de alta atmosfera, é necesario conectar dita alta atmosfera aos terminais e paira iso necesítanse “condutores”, “cables”. Onde están os cables? A través do gas moi ionizado da magnetosfera, a corrente eléctrica flúe máis facilmente que paralelamente ás liñas magnéticas. Por tanto, as liñas de campo magnético son “cables” invisibles.
Como se indicou, as liñas de campo magnético terrestre da rexión dos polos salguen dos polos e conéctanse coas liñas de campo magnético do vento solar. Con todo, só as liñas que forman a superficie do fai desde o feixe de liñas que sobresae dos polos (e non as conectadas ás liñas de vento solar) están conectadas aos terminais. Por tanto, a enerxía eléctrica dos terminais do xerador pasa do terminal positivo á alta atmosfera da rexión polar e devólvese do terminal negativo, pero só a través da superficie do fai de liñas da rexión polar. Esta corrente está formada principalmente por electróns. A aurora xorde ao chocar estes electróns con átomos e moléculas da alta atmosfera.
Nestas imaxes, o óvalo auroral aparece en diferentes lugares a distintas horas. A posición do Sol vén dada polo punto vermello dentro do círculo. Como se ve, a maior extensión do óvalo de aurora (é dicir, do territorio que se ve á vez a aurora) queda sempre sobre o territorio que se atopa a media noite.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
