Aurora polar

Aurora boreal atrás de uma igreja

Aurora austral emWellington,Nova Zelândia

Aaurora polaré umfenômeno ópticocomposto de um brilho observado nos céus noturnos nasregiões polares,em decorrência do impacto de partículas devento solarcom a alta atmosfera da Terra, canalizadas pelocampo magnético terrestre.

Aurora austral vista a partir daEstação Polo Sul Amundsen-ScottnaAntártida

Emlatitudesdohemisfério norteé conhecida comoaurora boreal(nome batizado porGalileu Galileiem 1619,em referência àdeusaromanado amanhecer,Aurora,eBóreas,deus grego, representante dos ventos nortes). A ocorrência deste fenômeno depende da atividade das fulgurações solares.

Em latitudes dohemisfério sulé conhecida comoaurora austral,nome batizado porJames Cook,uma referência direta ao fato de estar aoSul.

Aurora boreal noAlasca,Estados Unidos

O fenômeno não é exclusivo somente ao planetaTerra,sendo também observável em outrosplanetasdosistema solarcomoJúpiter,Saturno,MarteeVênus.Da mesma maneira, o fenômeno não é exclusivo danatureza,sendo também reproduzívelartificialmenteatravés deexplosões nuclearesou em laboratório.

Mecanismo

A aurora aparece tipicamente tanto como um brilho difuso quanto como uma cortina estendida em sentido horizontal. Algumas vezes são formados arcos que podem mudar de forma constantemente. Cada cortina consiste de vários raios paralelos e alinhados na direção das linhas do campo magnético, sugerindo que o fenômeno no nosso planeta está alinhado com ocampo magnético terrestre.Da mesma forma a junção de diversos fatores pode levar à formação de linhas aurorais de tonalidades de cor específicas.^{[carece de fontes]}

Aurora austral registrada às 22h50 (hora local) emLakes Entrance,Victoria,Austrália

Aurora polar terrestre

Aurora boreal vista daEstação Espacial Internacional

A aurora polar terrestre é causada porelétronsdeenergiade 1 a 15keV,além deprótonsepartículas alfa,sendo que aluzé produzida quando eles colidem comátomosdaatmosferado planeta, predominantementeoxigênioenitrogênio,tipicamente em altitudes entre 80 e 150 km. Cada colisão emite parte da energia da partícula para o átomo que é atingido, um processo deionização,dissociaçãoe excitação departículas.Quando ocorre ionização, elétrons são ejetados, os quais carregam energia e criam umefeito dominóde ionização em outros átomos. A excitação resulta ememissão,levando o átomo a estados instáveis, sendo que estes emitem luz emfrequênciasespecíficas enquanto se estabilizam. Enquanto a estabilização do oxigênio leva até um segundo para acontecer, o nitrogênio estabiliza-se e emite luz instantaneamente. Tal processo, que é essencial para a formação daionosferaterrestre, é comparável ao de uma tela detelevisão,no qual elétrons atingem uma superfície defósforo,alterando o nível de energia das moléculas e resultando na emissão de luz.

De modo geral, o efeito luminoso é dominado pela emissão de átomos de oxigênio em altas camadas atmosféricas (em torno de 200 km de altitude), o que produz a tonalidadeverde.Quando a tempestade é forte, camadas mais baixas da atmosfera são atingidas pelovento solar(em torno de 100 km de altitude), produzindo a tonalidadevermelhoescura pela emissão de átomos de nitrogênio (predominante) e oxigênio. Átomos de oxigênio emitem tonalidades de cores bastante variadas, mas as predominantes são o vermelho e o verde.

O fenômeno também pode ser observado com uma iluminaçãoultravioleta,violetaouazul,originada de átomos de nitrogênio, sendo que a primeira é um bom meio para observá-lo do espaço (mas não em terra firme, pois a atmosfera absorve os raios UV). OsatélitedaNASAPolarjá observou o efeito emraios X,sendo que a imagem mostra precipitações de elétrons de alta energia.

A interação entre moléculas de oxigênio e nitrogênio, ambas gerando tonalidades na faixa do verde, cria o efeito da "linha verde auroral", como evidenciado pelas imagens daEstação Espacial Internacional.Da mesma forma a interação entre tais átomos pode produzir o efeito da "linha vermelha auroral", ainda que mais raro e presente em altitudes mais altas.

Representação esquemática da magnetosfera da Terra

ATerraé constantemente atingida porventos solares,um fluxo rarefeito deplasmaquente (gásde elétrons livres ecátions) emitidos peloSolem todas as direções, um resultado de milhões de graus de temperatura da camada mais externa daestrela,acoroa solar.Durantetempestades magnéticasos fluxos podem ser bem mais fortes, assim como o campo magnético interplanetário entre os dois corpos celestes, causando distúrbios pelaionosferaem resposta às tempestades. Tais distúrbios afetam a qualidade da comunicação por rádio ou de sistemas de navegação, além de causar danos paraastronautasem tal região,células solaresde satélites artificiais, no movimento debússolase na ação deradares.A resposta da ionosfera é complexa e de difícil modelagem, dificultando a predição para tais eventos.

Amagnetosferaterrestre é uma região do espaço dominada por seucampo magnético.Ela forma um obstáculo no caminho do vento solar, causando sua dispersão em sua volta. Sua largura é de aproximadamente 190 000 km, e do lado oposto ao sol uma longacauda magnéticaé estendida para distâncias ainda maiores.

As auroras geralmente são confinadas em regiões de formato oval, próximas aospolos magnéticos.Quando a atividade do efeito está calma, a região possui um tamanho médio de 3 000 km, podendo aumentar para 4 000 ou 5 000 km quando os ventos solares são mais intensos.

A fonte de energia da aurora é obtida pelosventos solaresfluindo pela Terra. Tanto amagnetosferaquanto os ventos solares podem conduzireletricidade.É conhecido que se doiscondutores elétricosligados por umcircuito elétricosão imersos em umcampo magnéticoe um deles move-se relativamente ao outro, umacorrente elétricaserá gerada no circuito. Geradores elétricos oudínamosfazem uso de tal processo, mas condutores também podem ser constituídos de plasmas ou ainda outros fluidos. Seguindo a mesma ideia, o vento solar e a magnetosfera são fluidos condutores de eletricidade com movimento relativo, e são capazes de gerar corrente elétrica, que originam tal efeito luminoso.

Como os polos magnético e geográfico do nosso planeta não estão alinhados, da mesma forma as regiões aurorais não estão alinhadas com o polo geográfico. Os melhores pontos (chamados pontos de auge) para a observação de auroras encontram-se noCanadápara auroras boreais e na ilha daTasmâniaou sul daNova Zelândiapara auroras austrais.

Aurora formada peloteste nuclearestadunidenseStarfish Prime

Aurora artificial

As auroras também podem ser formadas através de explosões nucleares em altas camadas daatmosfera(em torno de 400 km). Tal fenômeno foi demonstrado pela aurora artificial criada peloteste nuclearestadunidenseStarfish Primeem9 de julhode1962.Nessa ocasião o céu da região doOceano Pacíficofoi iluminado pela aurora por mais de sete minutos. Tal efeito foi previsto pelo cientistaNicholas Christofilos,que havia trabalhado em outros projetos sobre explosões nucleares. De acordo com o veterano estadunidense Cecil R. Coale, alguns hotéis noHavaíofereceramfestas da bomba de arco-írisem seus telhados para acompanhar oStarfish Prime,contradizendo relatórios oficiais que indicavam que a aurora artificial era inesperada. O fenômeno também foi registrado em filme nas Ilhas Samoa, em torno de 3 200 km distante da ilha Johnston, local da explosão.

As simulações do efeito em laboratório começaram a ser feitas no final deséculo XIXpelo cientistanorueguêsKristian Birkeland,que provou, utilizando uma câmara devácuoe umaesfera,que os elétrons eram guiados em tal efeito para as regiões polares da esfera. Recentemente, pesquisadores conseguiram criar um efeito auroral modesto visível da terra ao emitir raios de rádio no céu noturno, tomando uma coloração verde. Da mesma forma que o fenômeno natural, as partículas atingiam a ionosfera, excitando os elétrons no plasma. Com a colisão dos elétrons com a atmosfera terrestre as luzes eram emitidas. Tal experimento também aumentou o conhecimento dos efeitos da ionosfera nas comunicações por rádio.

Aurora em outros planetas

Aurora emJúpiter.O ponto luminoso no extremo esquerdo é o final docampo magnéticodeIo,enquanto os pontos abaixo estão relacionados aGanímedeseEuropa

TantoJúpiterquantoSaturnotambém possuem campos magnéticos muito mais fortes que os terráqueos (Urano,NeptunoeMercúriotambém são magnéticos) e ambos possuem grandes cintos de radiação. O efeito da aurora polar vem sendo observado em ambos, mais claramente com otelescópio Hubble.

Tais auroras parecem ser originadas do vento solar. Por outro lado, as luas de Júpiter, em especialIo,também são fontes poderosas de auroras. Elas são formadas a partir de correntes elétricas pelo campo magnético, geradas pelo mecanismo de dínamo relativo ao movimento entre a rotação do planeta e a translação de sua lua. Particularmente, Io possuivulcõesativos eionosfera,e suas correntes geram emissão de rádio, que vêm sendo estudadas desde1955.

Como as terrestres, as auroras de Saturno criam regiões ovais totais ou parciais em torno do polo magnético.Por outro lado, as auroras daquele planeta costumam durar por dias, diferente das terrestres que duram por alguns minutos somente. Evidênciasmostram que a emissão de luz nas auroras de Saturno contam com a participação da emissão de átomos dehidrogênio.

Uma aurora foi recentemente detetada emMartepelasonda espacialMars Expressdurante suas observações do planeta em2004,com resultados publicados no ano seguinte. Marte possui umcampo magnéticomais fraco que o terrestre, e até então pensava-se que a falta de um campo magnético forte tornaria tal efeito impossível.Foi percebido que o sistema de auroras de Marte é bastante parecido com o da Terra, sendo comparável às nossas tempestades de baixa e média intensidade. Como o planeta está sempre direcionado para o nosso planeta com seu lado diurno, a observação de auroras é somente possível através deespaçonavesinvestigando o lado noturno do planeta vermelho e nunca a partir da Terra.

Vênus, que não possui umcampo magnético,apresenta também o fenômeno, no qual as partículas da atmosfera são diretamente ionizadas pelos ventos solares, fenômeno também presente na Terra.

Histórico de pesquisas

As auroras boreais vêm sendo estudadas cientificamente desde oséculo XVII.Em1621,oastrônomofrancêsPierre Gassendidescreveu o fenômeno observado no sul da França. No mesmo ano, o astrônomoitalianoGalileu Galileicomeçou a investigar o fenômeno como parte de um estudo sobre o movimento dos astros celestes. Como seu raio de estudo limitava-se à Europa, o fato de verificar o fenômeno no norte do continente levou-o a batizá-lo aurora boreal. Noséculo XVIIIo navegadoringlêsJames Cookpresenciou noOceano Índicoo mesmo fenômeno de Galileu, batizando-o aurora austral. A partir de então ficou claro que o efeito não era exclusivo do hemisfério norte terrestre, criando-se a denominação aurora polar. Na mesma época, o astrônomobritânicoEdmond Halleysuspeitou que o campo magnético terrestre estivesse relacionado com a formação de auroras boreais. Em1741,Olof HiortereAnders Celsiusforam os primeiros a noticiar evidências do controle magnético quando existiam observações de auroras.

O experimento deKristian Birkelandcom câmaras de vácuo

Henry Cavendish,em1768,calculou a altitude no qual o fenômeno ocorre, mas somente em1896uma aurora foi reproduzida em laboratório porKristian Birkeland.O cientista, cujos experimentos em câmara de vácuo com raios de elétrons e esferas magnéticas mostravam que tais elétrons era guiados para as regiões polares, propôs por volta de1900que os elétrons da aurora são originados de raios solares. Esse modelo possui problema devido à falta de evidências no espaço, tornando-se obsoleto em pesquisas atuais. Birkelandtambém deduziu em1908que ascorrentes de magnetismofluíam na direção leste-oeste.

Mais evidências na conexão com com o campo magnético são os registros estatísticos das auroras polares.Elias Loomis(1860) e posteriormente mais detalhadamenteHermann Fritz(1881)estabeleceram que a aurora aparece principalmente em uma região em forma de anel com raio de aproximadamente 2 500 km em volta do polo magnético terrestre. Loomis também foi responsável por descobrir a relação da aurora com a atividade solar, ao observar que entre 20 e 40 horas mais tarde de uma erupção solar, noticiava-se o aparecimento de auroras boreais no Canadá.

Aurora polar produzida em laboratório

Os trabalhos deCarl Stormerno campo do movimento de partículas eletrificadas em um campo magnético facilitaram a compreensão do mecanismo de formação das luzes do norte. A partir dadécada de 1950descobriu-se a emissão de matéria peloSol,a qual foi chamadavento solar,efeito que também explica o fato das caudas decometasestarem sempre opostas ao Sol. Tal teoria foi formulada pelo físico estadunidenseNewman Parkerem1957,tendo sido comprovada no ano seguinte pelo satéliteExplorer I.A partir de então, aexploração espacialpermitiu não somente um aumento do conhecimento sobre as auroras terrestres, mas também a observação do fenômeno em outros planetas como Júpiter e Saturno.

James Van Allenprovou, por volta de1962,ser falsa a teoria que a aurora era o excesso docinturão de radiação.Ele mostrou que a alta taxa de dissipação da energia da aurora iria rapidamente secar todo o cinturão de radiação. Logo após tornou-se claro que a maioria da energia era composta decátions,enquanto que as partículas da aurora são quase sempre elétrons com relativa baixa energia.

Em1972foi descoberto que a aurora e suas correntes de magnetismo associadas também produzem uma forte emissão de rádio em torno de 150kHz,efeito observável do espaço somente.

O fenômeno na cultura popular

Aurora boreal naEstônia

Sons da aurora

Através da história as pessoas vêm escrevendo e falando sobre sons associados às imagens da aurora. O exploradordinamarquêsKnud Rasmussenmencionou tal efeito em1932enquanto descreviatradições folclóricasdosesquimósdaGronelândia.Os mesmos sons no mesmo contexto são mencionados pelo antropólogocanadenseErnest Hawkesem1916.Públio Cornélio Tácito,um historiador da Roma antiga, escreveu em sua obraGermâniaque os habitantes daGermâniaaclamavam escutá-los da mesma maneira.

Atualmente várias pessoas continuam reportando tais sons, ainda que suas gravações nunca tenham sido publicadas, e que existam problemas científicos com a ideia de sons originados de auroras serem ouvidos. A energia das auroras e outros fatores tornam improváveis que sons atinjam o solo, e a coincidência dos sons com as mudanças visíveis da aurora entram em conflito com o tempo de propagação necessário para que o som possa ser ouvido. Algumas pessoas especulam que fenômenos eletrostáticos induzidos por auroras possam explicar os sons.

Aurora no folclore

Aurora boreal

EmMitologia de Bulfinch(1855) porThomas Bulfinchexiste uma citação damitologia nórdica:

“ AsValquíriassão virgens da guerra, montadas em cavalos e armadas com elmos e lanças. /.../ Quando elas cavalgam adiante em sua mensagem, suas armaduras derramam uma luz estranha que bruxuleia, que acende por cima dos céus do norte, fazendo o que os homens chamam "aurora borealis", ou "Luzes do Norte". ”

Apesar de uma descrição marcante, não há citações na literatura escandinava que apoiem tal afirmação. Embora a atividade auroral seja comum na região na qual situam-se aEscandináviae aIslândia,é possível que o polo norte magnético estivesse consideravelmente mais longe dessa região nos séculos anteriores à documentação da mitologia, assim explicando a falta de referências.

A primeira citação na mitologia nórdica denorðurljósé encontrada na crônicaKonungs Skuggsjá(1250). Seu autor havia ouvido falar sobre o fenômeno de compatriotas retornando daGroelândia,e fornece três explicações: que o oceano estava rodeado de fogos vastos, que os raios solares podiam atingir o "lado noturno" do mundo ou que asgeleiraspodiam armazenar energia de forma a tornarem-se eventualmentefluorescentes.

Aurora boreal vista daEstação Espacial Internacional

Um antigo nomeescandinavopara as Luzes do Norte é traduzido comorelâmpago de arenque.Acreditava-se que as luzes fossem reflexos lançados por grandes cardumes dearenquespara o céu. Outra fonte escandinava refere-se afogos que rodeiam os extremos norte e sul do mundo.Isso coloca em evidência que os nórdicos chegaram a se aventurar até aAntártica,ainda que somente uma citação seja insuficiente para formar uma conclusão sólida.

O nomefinlandêspara a aurora érevontulet,que significafogos de raposa.De acordo com a lenda, as raposas feitas de fogo viviam naLapónia,erevontuleteram as faíscas que elas arremessavam para a atmosfera com seus rabos.

Emestonianoé chamadovirmalised,espíritos dos altos reinos. Em algumas lendas eles possuem caráter negativo enquanto noutras positivo.

Oslapõesacreditava que deveria se ter cuidado e silêncio ao observar as estrelas do norte (chamadasguovssahasatem sua língua), senão elas poderiam descer e matar o observador. Já osalgonquinosacreditavam que as luzes eram seus ancestrais dançando ao redor de um fogo cerimonial. No folcloreinuit,a aurora boreal era composta por espíritos de mortos jogando futebol com uma caveira de morsa pelo céu. Eles também utilizavam a aurora para chamar seus filhos para casa antes da escuridão, clamando que se a pessoa fizesse sons em sua presença ela baixaria e a queimaria.

Imagem de uma aurora austral capturada em2005pelo satélite daNASAIMAGE,sobreposta digitalmente com uma imagem daTerra

No folcloreletão,especialmente se a cor vermelha era observada, acreditava-se que se tratasse de almas de guerreiros mortos, um agouro de desastre, como guerra ou fome. No folclorechinêsacredita-se que as auroras trazem nascimentos em um período próximo.

É creditada como uma referência às auroras uma citaçãobíblicadolivro de Ezequiel:

“ Olhei, e eis que um vento tempestuoso vinha do norte, uma grande nuvem, com um fogo que emitia de contínuo labaredas, e um resplendor ao redor dela; e do meio do fogo saía uma coisa como o brilho de âmbar. ”

Aurora na mídia

As auroras já foram bastante referenciadas no cinema, como no filme animadoHappy Feet,que se passa naAntárticae apresenta uma aurora austral. Já uma aurora boreal causou uma anomalia temporária no filme de2000Frequency,comDennis Quaid.Como resultado, um filho conseguiu comunicar-se com seu pai porrádio amadortrinta anos no passado e alterou a curso da história. No primeiro livro da trilogiaHis Dark Materials,a Aurora Boreal permite ver um outro mundo através dela.

Namúsicae napoesiao fenômeno também desperta atenção. O poetaestadunidenseWallace Stevensnomeou "The Auroras of Autumn" (que significa "As Auroras de Outono" eminglês) um de seus longospoemase a coleção de poemas de1950no qual ele apareceu. As luzes do norte são mencionadas na canção "Amber Waves" da cantora e compositora estado-unidenseTori Amos;também são o tema da canção de1978de mesmo nome da banda defolk rockRenaissance.O músicoNeil Youngrefere-se à aurora boreal em sua canção "Pocahontas", retirada do álbumRust Never Sleeps.As bandasfinlandesasThe RasmuseKiuastambém mencionam o fenômeno nas canções "Still Standing" e "Warrior Soul", retirada do álbum de2003Dead Letters.A bandaFoo Fighterstem uma música chamada "Aurora" no seu discoThere Is Nothing Left To Lose.O álbumVespertine,da cantora islandesaBjörk,traz uma faixa intitulada "Aurora", na qual Björk personifica este fenômeno natural como uma deidade feminina.

Nojogo eletrônicoThe X-Files: The Gameas "luzes" são utilizadas peloGoverno Federal dos Estados Unidos da Américapara esconder a existência devida extraterrestreeOVNIs.Nosquadrinhos,uma membra do time de super heróisAlpha FlightdaMarvel Comicsé chamadaAuroracomo referências às luzes do norte.

Em desenho infantil da Disney, osMini Einsteins,a aurora boreal é enfatizada em dois episódios: "A fuga dos instrumentos fada" e "A aurora boreal".

No animeSaint Seiya(Os Cavaleiros do Zodíaco,no Brasil), duas técnicas fazem referência a aurora boreal: o "Aurora Thunder Attack" (Trovão Aurora Ataque) e a "Aurora Execution" (Execução Aurora).

Galeria

• 
  Uma corona auroral
• 
  Auroral boreal vista daEstação Espacial Internacional
• 
  Três momentos de uma aurora emSaturnocapturados pelotelescópio Hubble
• 
  Aurora boreal capturada naSuécia

Ver também

• Campo magnético terrestre
• Magnetosfera
• Tempestade magnética
• Vento solar

Referências

Referências extras

• David P. Stern (11 de agosto de 2002).«Secrets of the Polar Aurora»(em inglês). Sítio pessoal.Consultado em 10 de maio de 2008
• David P. Stern (20 de novembro de 2003).«The Exploration of the Earth's Magnetosphere»(em inglês). Sítio pessoal.Consultado em 10 de maio de 2008

Visão geral da magnetosfera, incluindo auroras

• Eather, Robert H. (1980).Majestic Lights.The Aurora in Science, History, and The Arts (em inglês).Washington, DC:American Geophysical Union.ISBN0-87590-215-4
• Savage, Candace Sherk (1994–2001).Aurora.The Mysterious Northern Lights (em inglês).San Francisco:Sierra Club Books / Firefly Books.ISBN0-87156-419-X

Bibliografia

• Ricardo Prado.«AURORA - O céu aparentemente em chamas».Sítio pessoal.Consultado em 10 de maio de 2008

Ligações externas

• Commons
• Wikcionário

• «Página sobre aurora boreal»(em inglês)
• «A física da aurora»(em inglês)
• Vídeo de alta definição mostrando aurora vista da Estação Espacial Internacional

• «Galeria de imagens de auroras austrais»(em espanhol)
• «Imagens de auroras boreais na Groelândia»(em inglês)
• «Imagens de aurora boreal no Alasca e Canadá»(em inglês)