Como se formam as auroras
Em poucas palavras
O Sol emite um fluxo contínuo de partículas carregadas, o vento solar. O campo magnético da Terra desvia a maior parte delas, mas parte é guiada para as regiões polares, onde colide com átomos de oxigênio e nitrogênio da alta atmosfera. Esses átomos absorvem energia e a devolvem como luz, que forma as cortinas coloridas da aurora.
Status do conhecimento: Consolidado
Fato ou mecanismo bem estabelecido, confirmado por observação e experimento repetidos.
A origem das auroras em partículas do vento solar guiadas pelo campo magnético terrestre, que excitam átomos da alta atmosfera e os fazem emitir luz, é bem estabelecida. Como exatamente as partículas são aceleradas na magnetosfera ainda é pesquisado.
Aprofundamento científico
O vento solar e a magnetosfera
O Sol libera constantemente um gás ionizado, composto sobretudo de elétrons e prótons, que flui pelo espaço. A Terra tem um campo magnético que forma ao seu redor uma região chamada magnetosfera, a qual desvia a maior parte dessas partículas e protege a atmosfera. Isso é bem estabelecido.
Quando o vento solar fica mais intenso, por exemplo após ejeções de massa coronal, o campo magnético terrestre é perturbado e ocorre uma tempestade geomagnética. Nessas ocasiões, mais energia é transferida para a magnetosfera e as auroras ficam mais brilhantes e se estendem a latitudes mais baixas.
Partículas guiadas até os polos
Partículas carregadas não cruzam livremente as linhas do campo magnético; elas giram em espiral em torno delas. As linhas se concentram perto dos polos magnéticos, e por isso parte das partículas é conduzida para as regiões de latitude alta. É por isso que as auroras formam um anel ao redor de cada polo magnético, chamado de oval auroral.
Parte dos elétrons que chegam à atmosfera recebe energia adicional ao longo do caminho, na magnetosfera. Os mecanismos exatos dessa aceleração, que envolvem campos elétricos alinhados ao campo magnético e ondas de plasma, ainda estão em estudo. Aqui há uma lacuna real: sabemos que acontece, mas o detalhamento completo não está fechado.
De onde vem a luz e por que as cores variam
Ao colidir com átomos e moléculas da atmosfera, as partículas transferem energia a eles, que passam a um estado excitado. Quando voltam ao estado anterior, emitem luz de comprimentos de onda específicos, de modo semelhante ao que ocorre em uma lâmpada de gás. Isso é bem estabelecido.
O oxigênio atômico produz o verde, a cor mais comum, em altitudes em torno de cem quilômetros, e um vermelho em altitudes maiores. O nitrogênio contribui com tons azulados e arroxeados, em geral nas bordas inferiores das cortinas. A cor observada depende, portanto, do gás e da altitude em que ocorre a colisão, além da energia das partículas.
Ciclos solares e onde ver
A atividade solar varia em ciclos de cerca de onze anos, e a frequência de auroras acompanha esse ritmo, com mais eventos intensos perto do máximo. Auroras ocorrem também no hemisfério sul, onde são chamadas de aurora austral, em contraposição à aurora boreal, no norte.
No Brasil, auroras são raríssimas, pois o país está muito distante dos polos magnéticos. Elas só seriam visíveis em tempestades geomagnéticas excepcionais, e em geral são mais bem registradas por câmeras do que a olho nu.
Diagrama
- Sol emite vento solarPartículas carregadas fluem para o espaço.
- Campo da Terra as guiaA magnetosfera desvia a maioria e conduz parte aos polos.
- Partículas aceleradasElétrons ganham energia na magnetosfera, por mecanismos ainda estudados.
- Colisão na atmosferaOxigênio e nitrogênio recebem energia a cerca de 100 km ou mais de altitude.
- Emissão de luzOs átomos devolvem a energia em cores específicas.
Esquema simplificado; a aceleração das partículas é a etapa menos compreendida.
Tabelas e comparações
| Cor | Gás responsável | Observação |
|---|---|---|
| Verde | Oxigênio atômico | Cor mais comum; altitudes em torno de 100 km |
| Vermelha | Oxigênio atômico | Em altitudes maiores, onde o ar é mais rarefeito |
| Azul e violeta | Nitrogênio | Frequentes nas bordas inferiores das cortinas |
Exemplos do cotidiano
- Turistas viajam a países como Noruega, Finlândia e Islândia para ver a aurora boreal em noites escuras e sem nuvens.
- A aurora austral pode ser vista na Antártida e em partes da Tasmânia e do extremo sul da Nova Zelândia.
- Uma lâmpada de neon brilha porque o gás é excitado por uma corrente elétrica, mecanismo parecido com o da luz da aurora.
- Em tempestades geomagnéticas fortes, a aurora pode ser vista em latitudes onde normalmente não aparece.
- Astronautas na Estação Espacial Internacional registram auroras vistas de cima, como faixas luminosas na borda da atmosfera.
Conceitos relacionados
- Vento solar
- Fluxo contínuo de partículas carregadas emitidas pela atmosfera externa do Sol.
- Magnetosfera
- Região ao redor da Terra dominada pelo campo magnético do planeta, que desvia grande parte do vento solar.
- Oval auroral
- Faixa em forma de anel ao redor de cada polo magnético onde as auroras ocorrem com mais frequência.
- Excitação atômica
- Estado em que um átomo recebe energia e depois a emite como luz, em cores características de cada elemento.
- Tempestade geomagnética
- Perturbação temporária do campo magnético terrestre provocada por variações intensas no vento solar.
Curiosidades
- Auroras ocorrem em outros planetas com campo magnético e atmosfera, como Júpiter e Saturno, observadas por telescópios e sondas.
- Tempestades geomagnéticas fortes podem afetar satélites, redes elétricas e comunicações por rádio.
- Em 1859, uma tempestade geomagnética muito intensa, conhecida como evento de Carrington, produziu auroras visíveis em latitudes baixas.
Contexto histórico
Por séculos, as auroras foram interpretadas de formas diversas por diferentes culturas. A relação com o magnetismo foi percebida pela ciência a partir do século XVIII e XIX, ao se notar que o campo magnético oscilava durante as auroras.
No início do século XX, o norueguês Kristian Birkeland propôs que partículas vindas do Sol eram guiadas pelo campo da Terra até os polos. A ideia geral foi confirmada na era espacial, com medições feitas por satélites e sondas.
Em resumo
- Auroras resultam da interação entre o vento solar e a atmosfera, mediada pelo campo magnético terrestre.
- A luz vem de átomos de oxigênio e nitrogênio excitados por partículas em colisão.
- A cor depende do gás e da altitude.
- A aceleração das partículas na magnetosfera ainda é objeto de pesquisa.
Fontes
- Aurora — NASA, Institucional
- Space Weather Prediction Center — NOAA, Institucional
- Aurora — Encyclopaedia Britannica, Enciclopédia
- Introduction to Space Physics — Margaret G. Kivelson e Christopher T. Russell (orgs.), Cambridge University Press, 1995, Livro
Como escolhemos e revisamos fontes: critérios de fontes e revisão científica.
Continue explorando
Terra e meio ambiente
Como funciona o efeito estufa
O efeito estufa ocorre porque alguns gases da atmosfera absorvem a radiação infravermelha emitida pela Terra e a reemitem, mantendo o planeta mais quente.
Fenômenos naturais
Por que acontecem os eclipses
Eclipses ocorrem quando Sol, Terra e Lua se alinham: a Lua cobre o Sol num eclipse solar, ou entra na sombra da Terra num eclipse lunar.
Terra e meio ambiente
Por que existem estações do ano
As estações existem porque o eixo da Terra é inclinado em relação à sua órbita, o que muda a incidência da luz solar e a duração dos dias ao longo do ano.
Física do cotidiano
Por que o céu é azul
O céu é azul porque a atmosfera espalha a luz azul do Sol muito mais do que a vermelha, e essa luz espalhada chega aos olhos vinda de todas as direções.