Ciencia en la Escuela

¿Porqué se producen las auroras boreales?

Una aurora polar se produce cuando una eyección de masa solar choca con los polos norte y sur de la magnetósfera terrestre, produciendo una luz difusa pero predominante proyectada en la ionosfera terrestre.
Ocurre cuando partículas cargadas (protones y electrones) son guiadas por el campo magnético de la Tierra e inciden en la atmósfera cerca de los polos. Cuando esas partículas chocan con los átomos y moléculas de oxígeno y nitrógeno, que constituyen los componentes más abundantes del aire, parte de la energía de la colisión excita esos átomos a niveles de energía tales que cuando se desexcitan devuelven esa energía en forma de luz visible.

El Sol, situado a 150 millones de km de la Tierra, está emitiendo continuamente partículas. Ese flujo de partículas constituye el denominado viento solar.  Al ser la presión en la superficie del Sol mayor que en el espacio vacío, las partículas cargadas que se encuentran en la atmósfera del Sol tienden a escapar y son aceleradas y canalizadas por el campo magnético del Sol, alcanzando la órbita de la Tierra y más allá.
Las partículas del viento solar viajan a velocidades desde 300 a 1000 km/s, de modo que recorren la distancia Sol-Tierra en aproximadamente dos días.
En las proximidades de la Tierra, el viento solar es deflectado por el campo magnético de la Tierra o magnetósfera. Las partículas fluyen en la magnetosfera de la misma forma que lo hace un río alrededor de una piedra o de un pilar de un puente. El viento solar también empuja a la magnetosfera y la deforma de modo que en lugar de un haz uniforme de líneas de campo magnético, lo que se tiene es una estructura alargada con forma de cometa con una larga cola en la dirección opuesta al Sol.
 Las partículas cargadas tienen la propiedad de quedar atrapadas y viajar a lo largo de las líneas de campo magnético, de modo que seguirán la trayectoria que le marquen éstas. Las partículas atrapadas en la magnetosfera colisionan con los átomos y moléculas de la atmósfera de la Tierra, típicamente oxígeno (O), nitrógeno (N) atómicos y nitrógeno molecular (N2) que se encuentran en su nivel más bajo de energía, denominado nivel fundamental. El aporte de energía proporcionado por las partículas perturba a esos átomos y moléculas, llevándolos a estados excitados de energía. Al cabo de un tiempo muy pequeño, del orden de las millonésimas de segundo o incluso menor, los átomos y moléculas vuelven al nivel fundamental, y devuelven la energía en forma de luz. Esa luz es la que vemos desde el suelo y denominamos auroras.
Las auroras se mantienen por encima de los 95 km porque a esa altitud la atmósfera, aunque muy tenue, ya es suficientemente densa para que los choques con las partículas cargadas ocurran tan frecuentemente que los átomos y moléculas están prácticamente en reposo. Por otro lado, las auroras no pueden estar más arriba de los 500-1000 km porque a esa altura la atmósfera es demasiado tenue –poco densa- para que las pocas colisiones que ocurren tengan un efecto significativo.

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