Acest spectacol magnific de culoare are loc datorita materiei expulzate de Soare, ce interactioneaza cu campul magnetic terestru. In urma puternicelor explozii solare, sunt expulzate in spatiu particule puternic incarcate energetic (ioni) ce calatoresc prin spatiu cu viteze ce variaza intre 300 si 1200 km/s. Un “nor” de astfel de particule formeaza plasma. Fluxul de plasma ce vine de la Soare este cunoscut sub numele de vant solar. In timp ce vantul solar interactioneaza cu marginile campului magnetic terestru, unele dintre aceste particule sunt atrase de acesta. Ele urmeaza apoi liniile campului magnetic in jos spre ionosfera, strat atmosferic situat intre 60 si 600 km deasupra scoartei terestre. Cand aceste particule interactioneaza cu gazele din ionosfera produc acest impresionant spectacol de lumini, numit de noi “aurora”. Cele produse la Polul Nord se numesc Boreale, iar cele de la Polul Sud – Australe. Gama de culori variaza intre rosu, verde, albastru si violet.
Luminile sunt in continua “miscare” datorita acestor interactii dintre vantul solar si campul magnetic terestru. Vantul solar genereaza de obicei pana la 1.000.000 megawatti de electricitate intr-un astfel de spectacol si acest lucru poate cauza interferente cu liniile electrice, transmisiile radio-TV si comunicatiile prin satelit. Prin studiul aurorelor, cercetatorii pot afla multe despre vantul solar, cum afecteaza acesta atmosfera si cum poate fi folosita aceasta energie degajata in folosul omenirii.
In urma observatiilor asupra Soarelui, aceste aurore pot fi prezise cu destula acuratete. In timpul furtunilor solare puternice, acestea pot fi vizibile pana in centrul Europei, aurorele putand avea loc la orice ora din zi sau din noapte.
In decursul istoriei, diverse persoane au scris si vorbit despre sunete asociate fenomenului de aurora. Exploratorul danez Knud Rasmussen mentiona acest efect in 1932 in descrierea traditiilor folclorice ale eschimosilor din Groenlanda. Aceleasi sunete sunt mentionate in acelasi context de antropologul canadian Ernest Hawkes in 1916. Caiu Corneliu Tacitu, un istoric din Roma antica, scria in opera sa „Germania” ca locuitorii Germaniei sustineau perceperea acelorasi sunete.
Actualmente, diverse persoane continua sa relateze despre aceste sunete, in ciuda faptului ca inregistrari ale lor nu au fost publicate niciodata si tinand cont ca exista suspiciuni stiintifice serioase la ideea cum ca asemenea sunete provocate de aurore au fost auzite. Energia aurorelor si alti factori fac improbabila atingerea solului de catre aceste sunete, iar sincronizarea sunetelor cu modificarile vizibile ale aurorei intra in conflict cu decalajul de timp necesar propagarii sunetului pentru ca acesta sa fie auzit. Anumite persoane speculeaza ca fenomenele electrostatice induse de aurore pot explica sunetele.
Aurorele boreale sunt, probabil, unele dintre cele mai interesante spectacole ale naturii. Misterul formarii lor i-a intrigat permanent pe oamenii de stiinta si, chiar daca astazi el a fost descifrat in ceea mai mare parte a sa, nu putini sunt cei care cred ca acest fenomen reprezinta o manifestare a unor forte aflate dincolo de capacitatea de intelegere a oamenilor.
Aurora se formeaza in timpul unei eruptii solare. O data la 11 ani, activitatea solara cunoaste un maxim, produs de rotatia inegala a Soarelui. Polii sai nu se invirt cu aceeaşi viteza ca si centrul, fapt care provoaca asa-zisele umbre solare. Rupte din Soare, particulele calatoresc in jur de doua zile inainte de a ajunge in preajma Terrei, care este protejata de centurile magnetice, al caror rol este tocmai acela de a opri respectivele particule. In consecinta, acestea sunt obligate sa ocoleasca aceste centuri magnetice si sa ajunga pe Pamant prin cei doi poli magnetici (nord si sud). Cand moleculele din atmosfera ajung in contact cu o serie de gaze, produc culori diferite. Cele mai multe dintre aurore au o culoare verde, dar in componenta lor intra si rosul si movul, dar extrem de rar.
Ovalul auroral reprezinta zonele in care aurorele pot fi observate cel mai bine. In timpul eruptiilor solare puternice, aurorele sunt vizibile sub latitudinile joase (latitudini magnetice in raport cu polul magnetic), fapt care permite observarea lor din mai multe puncte de pe Glob. Cei mai familiarizati cu acest spectacol unic sunt locuitorii din asa-zisul oval auroral. Regiunile din lume in care aurorele pot fi observate cel mai bine sunt: Norvegia, Suedia, Finlanda, nordul Rusiei, Alaska si nordul Canadei.
Aparitia aurorelor poate fi prevazuta. Satelitul „Soho”, de exemplu, a furnizat imagini ale eruptiilor solare, fapt care a contribuit la anticiparea perioadelor lor de formare. De asemenea, gratie datelor furnizate si de alti sateliti, astronomii sunt capabili sa prevada exact frecventa de formare a aurorelor boreale.
Tot prin intermediul sondelor spatiale, oamenii de stiinta au putut constata ca aurorele se formeaza si pe alte planete, in special pe Jupiter si Saturn, la suprafata acestora. In plus, s-a constatat ca acest fenomen nu este specific Pamantului, el fiind propriu tuturor planetelor cu magnetism si cu atmosfera.
Aurora polară este un fenomen optic ce constă într-o strălucire intensă observată pe cerul nocturn în regiunile din proximitatea zonelor polare, ca rezultat al impactului particulelor de vânt solar în câmpul magnetic terestru. Când apare în emisfera nordică, fenomenul e cunoscut sub numele de aurora boreală, termen folosit iniţial de Galileo Galilei, cu referire la zeiţa romană a zorilor, Aurora, şi la titanul care reprezenta vânturile, Boreas. Apare în mod normal în intervalele septembrie-octombrie şi martie-aprilie. În emisfera sudică, fenomenul poartă numele de auroră australă, după James Cook, o referinţă directă la faptul că apare în sud.
Fenomenul nu este exclusiv terestru, fiind observat şi pe alte planete din sistemul solar, precum Jupiter, Saturn, Marte şi Venus. Totodată, fenomenul este de origine naturală, deşi poate fi reprodus artificial prin explozii nucleare sau în laborator.
Mecanism
Aurora apare în mod obişnuit atât ca o strălucire difuză cât şi ca o cortină extinsă în spaţiu orizontal. Câteodată se formează arcuri care îşi pot schimba forma permanent. Fiecare cortină este compusă dintr-o serie de raze paralele şi aliniate pe direcţia liniilor de câmp magnetic, sugerând faptul că fenomenul de pe planeta noastră este aliniat cu câmpul magnetic terestru. De asemenea, variabilitatea unor anumiţi factori poate determina formarea de linii aurore de tonalităţi şi culori diferite.
Aurora polară terestră
Aurora polară terestră e provocată de ciocnirea unor particule încărcate electric (de exemplu electroni) din magnetosferă cu atomi din straturile superioare ale atmosferei terestre, aflate la altitudini de peste 80 km. Aceste particule electrice au o energie de 1 până la 15 keV iar coliziunea lor cu atomii de gaz din atmosferă determină energizarea acestora din urmă. Prin fiecare coliziune o parte din energia particulei este transmisă atomului atins, într-un proces de ionizare, disociere şi excitare a particulelor. În timpul ionizării, electronii se desprind de atom, care încarcă energie şi determină un efect de ionizare de tip domino în alţi atomi. Excitaţia rezultă în emisie, ducând atomul în stări instabile, dat fiind că aceştia emit lumină în frecvenţe specifice când se stabilizează. Dacă procesul de stabilizare a oxigenului durează până la o secundă, azotul se stabilizează şi emite lumină instantaneu. Acest proces, esenţial în formarea ionosferei terestre, este comparabil cu cel ce stă la baza ecranului de televizor: electronii ating suprafaţa de fosfor, alterând nivelul de energie al moleculelor, fapt care rezultă în emisiunea de lumină.
În general, efectul luminos este dominat de emisiunea de atomi de oxigen în straturile superioare ale atmosferei (aproximativ 200 de kilometri de altitudine), care produce tonalitatea verde. Când se produc furtuni puternice, straturile inferioare ale atmosferei sunt atinse de vântul solar (la aproximativ 100 de kilometri altitudine), producând tonalitatea roşu închis prin emisiunea de atomi de azot (predominantă) şi oxigen. Atomii de oxigen emit tonalităţi de culori variate, deşi, de cele mai multe ori, se întâlnesc roşul sau verdele.
Fenomenul poate apărea şi ca o luminescenţă ultravioletă, violetă sau albastră, datorată atomilor de azot, prima dintre acestea putând fi foarte bine observată din spaţiu (dar nu de pe Pământ, pentru că atmosfera absoarbe razele UV). Satelitul NASA Polar a observat efectul în raze X, imaginile ilustrând precipitaţii de electroni de energie ridicată.
Interacţiunea între moleculele de oxigen şi azot, ambele generatoare de tonalităţi ale culorii verde, creează efectul de „linie verde aurorală”, fenomen regăsit în imaginile de mai jos, produse de Staţia Spaţială Internaţională. În acelaşi fel, interacţiunea dintre aceşti atomi poate produce efectul de „linie roşie aurorală”, deşi mai rar şi prezent în altitudini mai ridicate.
Planeta noastră este atinsă permanent de vânturi solare, fluxuri rarefiate de plasmă caldă (gaz de electroni liberi şi cationi) emise de Soare în toate direcţiile, ca rezultat al temperaturii înalte a coroanei solare, stratul exterior al stelei. Pe durata furtunilor magnetice, fluxurile pot fi mai puternice, asemenea câmpului magnetic interplanetar apărut între două corpuri celeste, determinând conturbarea ionosferei în răspuns la furtuni. Asemenea tulburări afectează calitatea comunicaţiilor radio sau a sistemelor de navigare, putând afecta astronauţii din aceste regiuni, celulele solare ale sateliţilor artificiali, indicaţia busolelor şi acţiunea radarelor. Acţiunea ionosferei este complexă şi dificil de modelat, îngreunând prezicerea fenomenelor de acest tip.
Magnetosfera terestră este o regiune din spaţiu dominată de câmp magnetic. Ea se constituie ca un obstacol în drumul vântului solar, cauzând dispersarea sa pe sensul de întoarcere. Lăţimea sa este de aproximativ 190 000 Km, iar în timpul nopţilor o lungă coadă magnetică se extinde pe distanţe chiar şi mai mari.
Aurorele sunt încadrate în general în regiuni cu format oval, apropiate polurilor magnetice. Când activitatea efectului este calmă, regiunea dispune de o dimensiune medie de 3 mii de kilometri, putând varia până la 4 sau 5 mii de kilometri când vânturile solare se intensifică.
Sursa de energie a aurorelor este dată de vânturile solare care circulă pe Terra. Atât magnetosfera, cât şi vânturile solare pod conduce electricitate. Este cunoscut faptul că dacă două conductoare electrice legate într-un circuit electric sunt introduse într-un câmp magnetic, iar unul dintre ele se deplasează în jurul celuilalt, în circuit este generat un curent electric. Generatoarele electrice şi dinamurile utilizează acest principiu, însă conductoarele tradiţionale pot fi înlocuite de plasme sau chiar alte fluide. În acest context, vântul solare şi magnetosfera sunt fluide conductoare de electricitate cu mişcare relativă, fiind astfel capabile să genereze curent electric, care produce efect luminos.
Cum polurile magnetice şi geografice ale planetei noastre nu sunt aliniate, în acelaşi fel regiunile aurorale nu sunt aliniate cu polul geografic. Cele mai bune puncte de observaţie a aurorelor se găsesc în Canada pentru aurorele boreale şi pe insula Tazmania sau în sudul Noii Zeelande pentru aurorele australe.
Sunetele aurorei
În decursul istoriei, diverse persoane au scris şi vorbit despre sunete asociate fenomenului de auroră. Exploratorul danez Knud Rasmussen menţiona acest efect în 1932 în descrierea tradiţiilor folclorice ale eschimoşilor din Groenlanda. Aceleaşi sunete sunt menţionate în acelaşi context de antropologul canadian Ernest Hawkes în 1916. Caius Cornelius Tacitus, un istoric din Roma antică, scria în opera sa „Germania” că locuitorii Germaniei susţineau perceperea aceloraşi sunete.
Actualmente, diverse persoane continuă să relateze despre aceste sunete, în ciuda faptului că înregistrări ale lor nu au fost publicate niciodată şi ţinând cont că există suspiciuni ştiinţifice serioase la ideea cum că asemenea sunete provocate de aurore au fost auzite. Energia aurorelor şi alţi factori fac improbabilă atingerea solului de către aceste sunete, iar sincronizarea sunetelor cu modificările vizibile ale aurorei intră în conflict cu decalajul de timp necesar propagării sunetului pentru ca acesta să fie auzit. Anumite persoane speculează că fenomenele electrostatice induse de aurore pot explica sunetele.