Cambio climático

Aurora boreal termómetro solar

Invierno es la época ideal para observar uno de los fenómenos atmosféricos (meteoros) más espectaculares de la alta atmósfera: la aurora, evento que se encuentra estrechamente vinculado con la actividad solar por lo que constituye una herramienta indirecta para medir no sólo la conducta del sol, sino también, la ocurrencia de posibles alteraciones climáticas; y aunque la contemplación de este fenómeno suele ser privilegio de las regiones polares y adyacentes, a menudo se le ha podido admirar en latitudes más bajas, incluso en algunos estados de la República Mexicana.

Estos meteoros han contribuido a la creación de mitos y leyendas de los pueblos árticos, en las culturas de los sami (o lapones), escandinavos, indios atabascas de Alaska y los inuit (o esquimales), donde las auroras representan las almas de sus antepasados. Su espectacularidad ha causado la admiración y el asombro no sólo de los hombres actuales, sino de culturas tan antiguas como las de los cromagnones, tal y como lo muestran las pinturas encontradas en las paredes y techos de las cuevas al sur de Francia, que datan de 30 mil años antes de nuestra era.

Los primeros reportes que se tienen de las auroras son los descritos por Aristóteles en su libro de meteorología, en donde se limitaba a decir que las luces del norte se asemejaban a las llamas que se obtenían al quemar un gas inflamable. En 1873, al astrónomo alemán H. Fritz compiló un catálogo de auroras observadas en Europa que abarca desde el año 1100 hasta el 1870, en donde se aprecia una interrupción que coincide con el Mínimo de Maunder; periodo climático que abarca del siglo XVI al XVIII, y que se caracteriza por un marcado descenso en la temperatura promedio sobre todo en el norte de Asia, Europa y América, periodo al que también se le denomina Pequeña Era Glacial. Al inicio del siglo XX, el científico estadounidense E. Loomis y el astrónomo italiano G. Donati relacionaron las auroras con la actividad solar y no fue hasta mediados del siglo XX, que el físico K. Birkeland descubrió el fenómeno que causa las auroras, al relacionar las partículas cargadas emitidas por el sol, el magnetismo terrestre y la ionización atmosférica.

La formación de las auroras polares se debe a la interacción del viento solar con el campo geomagnético de la tierra. El sol emite de manera continua y en todas direcciones, un flujo de partículas cargadas negativa (electrones) y positivamente (protones) denominadas plasma; estas partículas son guiadas por el campo magnético del sol y conforman el viento solar, que viaja a través del espacio a unos 400 km/seg y llega a la tierra en cuatro o cinco días.

La tierra posee un campo magnético cuyos polos norte y sur casi coinciden con los polos geográficos; dicho campo es más intenso en los polos que en el ecuador, ya que las líneas magnéticas están más juntas. Las partículas cargadas provenientes del viento solar, que no son rechazadas por el campo magnético terrestre ingresan en este último; ya que la gran mayoría no lo logra, pues este campo también actúa como un escudo protector y las desvía, por lo que son reconducidas hacia los polos magnéticos. Las partículas en su camino hacia la tierra atraviesan la ionosfera, que es la capa que limita exteriormente a la atmósfera (a unos 60 km de altura), y en el cual se encuentran un gran número de iones de oxígeno y nitrógeno. La ionosfera actúa entonces, como medio conductor para estas partículas y es donde se produce la aurora.

Los electrones del viento solar chocan con los iones de oxígeno y nitrógeno excitándolos, y éstos luego pierden energía emitiendo luz: verde las de oxígeno y roja las de nitrógeno.

El campo magnético que posee la tierra denominado magnetosfera, constituye un envoltorio protector en forma de lágrima alargada en dirección al sol; en este envoltorio hay ciertas áreas donde se concentran las partículas cargadas eléctricamente a las que se les denomina cinturones de Van Allen, en honor a su descubridor en 1958. Existen dos cinturones: uno interior y otro exterior. El cinturón interior está a unos mil kilómetros por encima de la superficie de la tierra y se extiende por encima de los cinco mil kilómetros, mientras que el exterior se localiza desde los 15 mil hasta los 20 mil kilómetros, aproximadamente. El desplazamiento de los iones dentro de los cinturones de Van Allen, ocurre en forma espiral.

Cuando una fulguración solar hace que aumente el número de protones y electrones del viento solar, varios de estos iones se filtran a través de la magnetosfera y son capturados en los cinturones de Van Allen; aquélla no puede retener a todas las partículas y algunas se escapan por los extremos de los cinturones, cerca de los polos terrestres. Ocurre entonces un desbordamiento de iones que tiene lugar en una delgada capa existente dentro del área conocida como el óvalo auroral, la velocidad a la que viajan en esta región es entre 50 mil y 100 mil kilómetros por segundo.

Dicho desbordamiento en condiciones de actividad solar es el que provoca las auroras. Se denominan boreales si ocurre cerca del Polo Norte o australes si lo hace en el Polo Sur. Como el desbordamiento ocurre cerca de los polos magnéticos terrestres, sólo es posible observarlas desde lugares situados a gran altitud sobre el ecuador; por otro lado, cuanto más septentrional (más hacia el norte), o más meridional (más hacia el sur) sea la latitud del lugar donde se observe, con mayor espectacularidad se manifestará el fenómeno.

El primer indicio de que va a producirse una aurora es la aparición del arco iris de luz verde en el cielo, poco después de la puesta del sol. Esta fase dura una hora sin apenas cambios; si la perturbación magnética se extingue, el arco iris se desvanece; pero si ésta se intensifica, el meteoro entra en la fase de arco activo, el borde de éste se hace más fino y adquiere un llamativo brillo azulado, desplazándose con rapidez hacia el sur. Al mismo tiempo, la forma del arco se descompone en rayos paralelos o haces de rayos que se extienden hacia arriba, en dirección al cenit y por lo general se desplazan de este a oeste a lo largo del arco. Si el meteoro continúa ganando intensidad comienza la tercera fase denominada corona auroral, que es la más espectacular; la cortina se encuentra casi encima y mirando en su interior, se puede observar una formación circular, semejante a una corona, hacia la que convergen rayos y estrías. De vez en cuando la corona se funde, transformándose en un abanico de luz que cubre el cielo; otras veces, inicia rápidas pulsaciones que emiten miles de rayos en cascada. Todo este proceso dura alrededor de 20 minutos y la cantidad de luz que se emite oscila entre uno y diez millones de megavatios, equivalentes a la energía que se produce entre mil y diez mil grandes centrales termoeléctricas. El movimiento de las auroras obedece a que las láminas de electrones portadores de corriente excitan, por choque, la fluorescencia de la ionosfera y se produce una imagen en movimiento.

La atmósfera de la tierra está conformada por cuatro capas, que se denominan, de la superficie hacia el exterior; troposfera, estratosfera, mesosfera e ionosfera (figura 3); es en esta última, donde se forma este espectacular meteoro, que puede alcanzar una anchura de entre 100 y 1,200 km de altitud.

El mejor escenario para observar las auroras denominado óvalo auroral, está comprendido entre las latitudes 60° y 75° tanto del Polo Norte como del Sur. En el norte se localizan: Islandia, Groenlandia, Alaska, Canadá, el norte de Escandinavia e Inglaterra, Siberia y el Océano Glacial Ártico; mientras que en el sur, están: el sur de Tasmania, Nueva Zelanda y el Círculo Polar Antártico. Ocasionalmente, se han podido observar en países cercanos al Mediterráneo, como Francia; mientras que en América del Norte, se han observado en Estados Unidos e incluso en México, en las ciudades de Puebla, Oaxaca, Guanajuato, San Luis Potosí y la ciudad de México. Las auroras ocurren de manera simultánea en ambos polos, sin embargo, la razón de que sean menos conocidas en el hemisferio sur se debe a la falta de territorios habitados en esas latitudes.

La frecuencia de aparición de las auroras varía de acuerdo con la zona; en Islandia y Siberia, por ejemplo, la proporción de noches con auroras es de alrededor del 100 por ciento, mientras que en Escocia (Inglaterra), es del 10 por ciento y en Francia del 1 por ciento. La mayor frecuencia obedece a que los cielos son más oscuros y despejados, con respecto de aquellas en donde las regiones están más pobladas. Si bien pueden apreciarse mejor en la oscuridad de la noche, las auroras ocurren a cualquier hora, incluso de día y se les denomina entonces, auroras diurnas.

La mejor época para observar las auroras boreales es en febrero, cuando las altas presiones barométricas permanecen estacionarias sobre la región polar durante semanas enteras, dando como resultado cielos despejados; sin embargo, estos espectaculares meteoros se producen durante todo el año, aunque ocurren con mayor frecuencia cerca de los equinoccios, es decir, en otoño y primavera.

Las auroras polares forman parte de los electrometeoros, grupo en el que se encuentran también los rayos y los Fuegos de San Telmo. De acuerdo con su forma y color, las auroras se clasifican en:
Arcos estáticos: se curvan como un arco iris y pueden convertirse en rayos en cualquier momento. Algunas veces se observa más de un arco a la vez. Usualmente son amarilloverdosos y algunas veces blancos.

Arcos pulsantes: poseen también forma de arco con la diferencia de que todo el arco o parte de él cambia repentinamente de luminosidad en forma de movimientos pulsantes y desaparece a intervalos irregulares de unos pocos segundos. Suelen manifestarse aisladamente y presentan un color verdeazulado.

Bandas: no tienen una forma continua de anillo, y algunas veces la banda aparece curvada como parte de un semicírculo o de una elipse. Si es ancha una banda puede acabar en un rayo. No aparecen nunca quietas, y su movimiento puede ser muy rápido.
Cortinas: éstas son variantes de auroras en banda, pero merecen una distinción por su espectacularidad, ya que como su nombre indica, parecen cortinas extendidas en el cielo. Este efecto de cortina se debe al hecho de que las bandas aparecen cruzadas verticalmente por zonas oscuras, de modo que se ven como grandes y pesadas cortinas colgadas de algún lugar del cielo.

Rayos: parecen como gigantescos reflectores eléctricos iluminando el fondo del cielo. Pueden aparecer separadamente o reunidos en grandes haces y parecen convergir hacia un punto del cenit, como si se irradiaran desde él. De ahí su nombre. Usualmente son amarillo-verdosos aunque a veces aparecen de color rojo. Suelen aparecer además en conjunción con otros efectos aurorales.

Superficies luminosas: generalmente aparecen después de las cortinas o los rayos. Hay manchas que son de un violeta pálido, rosa o rojo y parecen como nubes coloreadas.
Superficies pulsantes: son como nubes coloreadas difusas que aparecen y desaparecen rítmicamente con una frecuencia comprendida entre alrededor de un segundo y un minuto, mientras que aparentemente mantienen su forma y posición. Son vistas con frecuencia con auroras llameantes.

Auroras llameantes: aparecen tras rayos y cortinas y suelen ir seguidas de una corona. Parecen ondas de luz moviéndose rápidamente hacia arriba una detrás de otra. Otras veces las ondas permanecen invisibles hasta que iluminan extensos rayos y áreas cuando pasan a través de ellos, dando la sensación de que unos y otras aparecen y desaparecen rítmicamente, como llamas.

Coronas: están compuestas por rayos o bandas que parecen converger en un punto del cielo. Lo que se observa en conjunto es un magnífico espectáculo de luz resplandeciente y coloreada, tan brillante a veces como la propia luna, cuando está en fase de plenitud.

Como ya describimos, las auroras se deben a la interacción del viento solar con el campo geomagnético de la tierra; sin embargo, dicha interacción varía a través del tiempo por dos causas: una actividad solar cíclica, de alrededor de 11 años, y, por otro lado, las variaciones en el campo geomagnético terrestre, que duran desde unas cuantas horas, hasta varios días; a éstas se les denomina tormentas geomagnéticas. Lo anterior da como consecuencia que el número de auroras y la anchura de la zona donde se forma varíe en forma proporcional: a mayor actividad solar y aumento en las tormentas geomagnéticas, mayor es el número de auroras. A este respecto, algunos investigadores de la NASA predicen que durante los próximos 24 años se producirán las manifestaciones solares más raras y violentas de esta época y coinciden con el físico danés H. Svensmark, en que las tormentas solares harán disminuir las nubes, lo que contribuirá y de paso, en el calentamiento de la tierra.

En la actualidad poseemos un conocimiento parcial de las auroras, del origen de los cinturones de las auroras en forma de anillos alrededor de los polos geomagnéticos; de los procesos que originan las gigantescas descargas eléctricas, creadoras de las auroras; de las causas de las fluctuaciones de energía; y de las relaciones entre la actividad solar y las auroras, que se manifiestan por diversos procesos solares transitorios incluyendo las llamaradas solares. En el siglo XXI subsiste el desafío de avanzar en la comprensión del proceso de descarga eléctrica, causante de este hermoso fenómeno, y al mismo tiempo poderoso generador de la naturaleza.

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