Como se formam as auroras e porque são verdes ou vermelhas?

Um arco verde atravessa o céu noturno, com um brilho vermelho ténue mais acima. O que parece um véu iluminado é luz produzida na nossa própria atmosfera: partículas energéticas, sobretudo eletrões, excitam o oxigénio e o azoto a grande altitude. Quando esses átomos e moléculas libertam energia, produzem uma aurora.

O Sol fornece a energia que alimenta o processo. Mas as cores não dependem da cor do Sol: dependem dos gases envolvidos, do seu estado de energia e da altitude. Por isso, o mesmo elemento pode emitir luz verde e vermelha.

Do Sol à luz: quatro etapas

O fenómeno não se resume a partículas que viajam diretamente do Sol até ao ar terrestre. Para o compreender, siga o percurso da energia:

1. O Sol emite um fluxo de partículas. O vento solar é constituído por partículas com carga elétrica e transporta um campo magnético. Não é um vento de ar como aquele que sentimos junto ao solo.
2. O vento solar interage com a magnetosfera. É a região do espaço dominada pelo campo magnético terrestre. A energia pode ser transferida para este sistema, armazenada e libertada mais tarde.
3. Os eletrões são acelerados. Deslocam-se ao longo das linhas do campo magnético em direção à alta atmosfera. Essas linhas descrevem a estrutura do campo; não são fios visíveis no céu.
4. Os gases atmosféricos emitem luz. Nas colisões, os eletrões transferem energia para átomos e moléculas, colocando-os num estado de energia mais elevado, dito «excitado». Ao regressarem a um estado de menor energia, emitem luz (NOAA: Aurora, em inglês).

A distinção essencial é esta: a energia vem, em última análise, do Sol, mas o material que brilha pertence à atmosfera terrestre. Uma aurora não é ar a arder nem uma nuvem colorida que chegou do Sol.

Porque aparecem sobretudo nas regiões polares?

O campo magnético terrestre guia os eletrões de modo que as auroras se concentram frequentemente em duas regiões em anel em torno dos polos magnéticos. São as ovais aurorais. No hemisfério norte, falamos de aurora boreal; no hemisfério sul, de aurora austral.

Não imagine uma pequena calote luminosa exatamente por cima de cada polo geográfico. Uma oval abrange uma área extensa e muda com a atividade geomagnética. Durante tempestades geomagnéticas fortes, pode expandir-se para latitudes mais baixas, tornando possíveis auroras muito mais longe das regiões polares (NOAA).

Os círculos polares geográficos e as ovais aurorais são conceitos diferentes. Os primeiros são definidos pela inclinação do eixo terrestre e pelas condições de iluminação solar; as segundas estão ligadas ao campo magnético. Uma linha a cerca de 66,5 graus de latitude não é, por isso, uma fronteira fixa para observar auroras.

Que gases produzem as cores?

É fácil pensar que o verde tem de vir de um gás e o vermelho de outro. Na realidade, o oxigénio atómico pode produzir ambas as cores. Os seus diferentes estados excitados dão origem a emissões de luz distintas.

São relações típicas, não andares de cor com limites rígidos. A NASA explica esta diversidade pelo gás, pela altitude e pela energia das partículas envolvidas (NASA: Auroras, em inglês).

Numa fotografia, várias emissões podem também sobrepor-se na mesma direção. Uma tonalidade violeta não constitui, por si só, uma medição precisa da altitude ou da intensidade de uma tempestade solar.

Porque se forma mais acima a luz vermelha do oxigénio?

Não basta que um átomo receba energia: também precisa de tempo para a libertar sob a forma de luz.

O estado excitado responsável pela luz vermelha do oxigénio dura relativamente muito tempo. Num ar mais denso, outras colisões podem retirar essa energia antes de a luz vermelha ser emitida. Mais acima, o ar é rarefeito e as colisões são menos frequentes, criando melhores condições para essa emissão. A emissão verde é mais rápida e pode, por isso, destacar-se a altitudes inferiores (NPS: The Colors of the Aurora, em inglês).

Retenha esta ideia: o mesmo elemento pode emitir luz de maneiras diferentes, e a densidade do ar ajuda a determinar quais se tornam visíveis. Afirmar simplesmente que «vermelho significa mais energia do que verde» seria incorreto.

De onde vêm os arcos, os raios e as cortinas?

As auroras não são lâmpadas imóveis. A distribuição dos eletrões que chegam e os processos na magnetosfera mudam, produzindo arcos, raios estreitos, pregas e cortinas em movimento. A orientação de muitas estruturas está ligada ao campo magnético.

O brilho ocorre muito acima das nuvens meteorológicas habituais. A NOAA indica um intervalo global típico de cerca de 80 a 500 quilómetros de altitude. Um banco de nuvens pode, por isso, passar à frente de uma aurora e escondê-la, enquanto a luz continua acima.

Formação e visibilidade são questões diferentes

Uma aurora pode ocorrer sem ser visível no local onde se encontra. Para preparar uma observação, separe três verificações:

1. Meteorologia espacial: existem indícios de maior atividade auroral relevantes para a sua região? Consulte um serviço especializado como o NOAA Space Weather Prediction Center, em vez de se basear apenas numa fotografia colorida tirada noutro local.
2. Condições do céu: está escuro e suficientemente limpo? A luz do dia pode sobrepor-se ao brilho ténue. As longas noites de inverno facilitam a observação em latitudes elevadas; o frio não provoca auroras.
3. A sua observação: registe local, hora, direção, forma e cor. Distinga o que viu a olho nu daquilo que só aparece numa fotografia. As câmaras podem detetar auroras fracas que escapam aos nossos olhos (NASA).

Uma imagem de verde intenso não garante, portanto, uma experiência igualmente colorida no terreno. E uma previsão favorável não substitui um céu sem nuvens nem uma observação real.

Situar as regiões polares no globo

Com o LiveGlobe 3D, pode rodar e ampliar o globo, procurar lugares e mostrar os círculos polares geográficos. Compare, por exemplo, o norte da Escandinávia com a Europa central, sem esquecer que um círculo polar geográfico não é uma oval auroral. O acesso web prevê início de sessão; a pesquisa de lugares depende de serviços externos.

O artigo Porque é que o céu é azul e o pôr do sol é muitas vezes vermelho? explica outro mecanismo: a dispersão da luz solar já existente. Numa aurora, os gases excitados emitem a sua própria luz.

Explore as regiões polares com o LiveGlobe 3D e guarde esta sequência: Sol → magnetosfera → eletrões energéticos → gases atmosféricos excitados → luz.