O que causa uma aurora?

As auroras são indicadores da conexão entre a Terra e o sol. A freqüência delas tem relação com a freqüência e com ciclo de atividade solar (o ciclo solar dura 11 anos).

Imagem cedida pela NASA
Ilustração do impacto dos ventos solares na magnetosfera terrestre

Conforme o processo de fusão ocorre dentro do sol, ele emite partículas de carga elevada (íons, elétrons, prótons, nêutrons) e radiação no vento solar. Quando há uma forte atividade solar, é possível ver grandes erupções solares, também chamadas flares solares e ejeções de massa coronal. Essas radiações e partículas de carga elevada são liberadas no espaço e viajam através do sistema solar. Quando chegam à Terra, elas se deparam com o campo magnético de nosso planeta.

Os pólos do campo magnético da Terra ficam perto, embora não exatamente, sobre os pólos geográficos (onde o planeta gira sobre seu próprio eixo). Os cientistas acreditam que o núcleo externo líquido da terra gira e produz o campo magnético. O campo é distorcido pelo vento solar, ficando comprimido na parte que fica de frente para o sol (frente de choque) e se projetando para fora no lado oposto (cauda magnética). Os ventos solares formam um buraco no campo magnético nas cúspides polares, que estão no lado solar da magnetosfera (a área em torno da Terra que sofre a influência do campo magnético). Veja a seguir como isso causa a aurora.

1. Conforme as partículas carregadas dos ventos e erupções solares se chocam contra o campo magnético da terra, elas viajam ao longo das linhas do campo.
   
   
2. Algumas partículas são desviadas, enquanto outras interagem com as linhas do campo magnético, fazendo com que as correntes das partículas carregadas dentro dos campos magnéticos se dirijam a ambos os pólos - daí a razão da simultaneidade das auroras em ambos os hemisférios (essas correntes são chamadas correntes de Birkeland em homenagem a Kristian Birkeland, o físico norueguês que as descobriu).
   
   
3. Quando uma carga elétrica atravessa um campo magnético, ela gera uma corrente elétrica (veja Como funciona a eletricidade). Conforme essas correntes descem até a atmosfera ao longo das linhas do campo, elas ficam mais carregadas.
   
   
4. Quando se chocam contra a região ionosférica da atmosfera superior da terra, elas batem nos íons de oxigênio e nitrogênio.
   
   
5. As partículas então transferem sua energia para os íons de oxigênio e de nitrogênio.
   
   
6. A absorção da energia pelos íons de oxigênio e de nitrogênio faz com que os elétrons dentro deles fiquem "excitados" e passem de uma órbita de baixa energia para uma órbita de alta energia (veja Como funcionam os átomos).
   
   
7. Quando os íons relaxam, os elétrons nos átomos de oxigênio e de nitrogênio voltam para suas órbitas originais. Durante o processo, eles re-irradiam energia em forma de luz. Essa luz produz a aurora e as diferentes cores provêm da luz irradiada pelos diferentes íons.

Nota: As partículas que interagem com os íons de oxigênio e nitrogênio na atmosfera não vêm do sol. Na verdade, elas já haviam sido atraídas pelo campo magnético da terra. Os ventos e erupções solares afetam o campo magnético e fazem com que essas partículas dentro da magnetosfera comecem a se mexer.

Para mais informações sobre as auroras, veja os links na próxima página.

Como nós conhecemos a causa da aurora? Em 1895, o físico norueguês Kristian Birkeland analisou a causa das auroras. Birkeland acreditava que as auroras eram causadas por elétrons do sol que interagiam com o campo magnético da Terra. Para testar isso, ele colocou um ímã esférico chamado terrella dentro de uma câmara a vácuo. Isso junto com um canhão de elétrons. Quando ele ligou o canhão, os elétrons interagiram com o campo do ímã e produziram uma aurora artificial, comprovando sua tese. Entretanto, a aurora artificial de Birkeland não tinha o anel oval característico. O anel da aurora foi anunciado em 1964 por um estudante japonês chamado Sun-ichi Akasofu. Ele examinou fotografias das auroras e concluiu que as auroras eram anéis. Mas então por que as auroras de Birkeland não eram ovais? Birkeland pensava que os elétrons que excitavam os íons de oxigênio e de nitrogênio vinham diretamente do sol. Apenas quando os satélites começaram a estudar as auroras e a medir a magnetosfera é que os os cientistas descobriram que os elétrons vinham da própria magnetosfera. Quando esta idéia foi colocada em prática, com os modelos matemáticos, os anéis da aurora foram explicados.