¿Qué es y cómo se forma la aurora boreal?

La noche de San Juan, el día más largo que se celebra con tradiciones que aúnan leyendas, hogueras y fuego acaba de pasar mientras una flota creciente de turistas se encamina al Polo Norte, cerca de las pedanías del Ártico, a la punta más alta de los países Escandinavos, a la búsqueda de otro fantástico fenómeno de la naturaleza: el sol de medianoche.

Muchos turistas, confundidos, irán buscando otra luces que no son exclusivas de estas fechas: la Aurora Boreal, un fenómeno natural que ocurre a lo largo del año y que se puede ver con mucha frecuencia en las noches claras de aquellos lugares situados en las latitudes cercanas de a los polos de la Tierra… Pero ¿qué son las Auroras Boreales o Australes? ¿Por qué se forman? ¿Cómo suceden?

Este fenómeno se produce igual en el sur, y es conocido como la Aurora Austral, pero como este hemisferio está menos poblado se ha visto menos. Durante siglos el ser humano ha asociado la Aurora Boreal o las luces del norte a todo tipo de leyendas y explicaciones mitológicas. No es fácil resistirse a interpretar como un signo del cielo o de los designios divinos ese particular baile de luces que dibujan vibrantes cielos rojos, rosas, cortinas de colores que danzan por el cielo sirviendo de pantalla a las estrellas… En tonos azules, verdosos, el espectáculo se sucede a velocidad vertiginosa y dicen los que lo han visto que es auténticamente sobrecogedor.

Las leyendas seguirán existiendo ‒por suerte nadie puede eliminar eso ni siquiera en un mundo cada vez más dominado por los avances tecnológicos‒, pero su base dejará de ser real a medida que conozcamos más acerca del misterioso proceso físico que desata este increíble fenómeno natural.

La imagen muestras la carga de las partículas que, al chocar con la atmósfera, genera la aurora y, en el gráfico, la explosión de energía responsable del violento incremento de luminosidad y movimiento en las “luces del norte” (Walt Feimer NASA / GSFC).

En 2007 un equipo de la NASA lanzó la misión THEMIS, compuesta por cinco satélites situados en puntos estratégicos del campo magnético de la Tierra, para entender con detalle qué es lo que ocurre y cómo se forma una Aurora…. Y en julio de 2008 anunciaron a bombo y platillo los resultados, que ‒según dicen‒ han resuelto un misterio que la comunidad científica física llevaba debatiendo más de 30 años. Aunque el acuerdo no es todavía total, la discusión física ‒y casi filosófica‒ continúa abierta, aunque ahora sepamos mucho más de las auroras.

Pero empecemos por el principio: la actividad del sol que genera el viento solar manda hacia la Tierra una gran cantidad de energía en forma de materia cargada de electrones. Estas inmensas olas de energía ‒suficientes para causar auténticas tormentas huracanadas en el espacio‒ son asimiladas por el campo magnético de la Tierra, que actúa como un cinturón de seguridad. La magnetosfera se encarga de mantener una zona de relativa tranquilidad en las condiciones meteorológicas del planeta. Pero llega un punto en que la energía acumulada ha de ser liberada. Aquí es cuando se desencadena una subtormenta magnética (y cuando comienza la discusión) que lanza la materia cargada a toda velocidad hacia los polos de la Tierra y que al llegar a la atmósfera produce el baile de luces denominado “aurora”.

En concreto, la Aurora Polar es el fenómeno producido por la eyección de masa solar al chocar con los polos Norte y Sur de la magnetosfera terrestre. Las partículas cargadas de energía (protones y electrones) procedentes del Sol son guiadas por el campo magnético de la Tierra hacia los polos. Cuando se produce la colisión de partículas con átomos y moléculas de oxígeno y nitrógeno en las capas superiores de la atmósfera, las partículas liberan su energía de forma que ésta es devuelta por los átomos en forma de luces visibles en los cielos del polo Norte y Sur.

¿Qué causa los distintos colores y la intensidad?

Es conocido que las subtormentas se sitúan en el origen de las auroras, pero quizá no tanto que la magnetosfera soporta de una a tres subtormentas diarias. Ocurren con mucha frecuencia, aunque eso no siempre se traduce en un particular fuego artificial de estrellas. En parte, porque para ver las auroras hay que tener en cuenta ciertas condiciones meteorológicas, son visibles sólo de noche, cuando el cielo está despejado y sin nubes y cuánto más al Norte y cerca del polo nos encontremos, mejor. Los habitantes de Islandia pueden verlas casi cada noche. Sin embargo hay auroras imperceptibles y otras tan fuertes como la que se pudo apreciar hasta en las islas Canarias en 2003.

“La diferencia en intensidad se debe a la diferencia de partículas cargadas en el espacio. La mayoría de las auroras son causadas por electrones y hay que pensar que en una aurora de intensidad media, un milímetro cuadrado se ve golpeado por cien millones de electrones por segundo, las cantidades son gigantescas”, explica Ingrid Sandhal, profesora del Instituto sueco de Física Espacial, en Kiruna (Suecia).

¿Y los diferentes colores? Sandhal también tiene una explicación: “La atmósfera está compuesta por una gran cantidad de átomos de oxígeno; así que cuando los electrones colisionan con las partículas de oxígeno vemos que cada átomo tienen un color particular”. Los átomos y los colores nos cuentan la composición de la atmósfera cuando es golpeada. El verde es el color más común, y está causado por el oxígeno, al igual que el rojo.

Hasta hace muy poco nadie sabía a ciencia cierta cuál era el origen de estas subtormentas, que desataba el proceso o qué factores apretaban el botón rojo para hacer saltar el cinturón de seguridad.

Los científicos barajaban dos hipótesis. Una de ellas dice que las subtormentas se producen cerca de la Tierra, o más exacto, a una sexta parte de la distancia entre la Tierra y la Luna, a unos 60.000 kilómetros, y que la energía viene de una poderosa corriente eléctrica que fluye a través de la magnetósfera a esta distancia, compuesta por un plasma o una masa de electrones e iones cargados que se libera de forma repentina debido a una explosión. El plasma se dirige hacia la Tierra y las corrientes espaciales son interrumpidas lo que causa el origen de la subtormenta.

La segunda hipótesis sitúa el fenómeno a un tercio de la distancia de la Luna y la Tierra, y establece que la descarga de energía se produce en la cola de la magnetosfera. Alrededor de la cola los campos magnéticos apuntan a direcciones contrarias, una hacia el exterior en el polo Norte y otra hacia el interior en el polo Sur. De forma que cuando las líneas de campo magnéticas confluyen se produce una reconexión que corta la cola en dos creando una subtormenta.

El equipo de Vassilis Angelopoulos, a cargo de la misión de Themis en la NASA confirmó este último supuesto a partir de las observaciones recogidas por los satélites en un artículo que fue publicado por Science en julio del año pasado. “Nuestros datos muestran claramente por primera vez que la reconexión magnética es el detonante. La reconexión supone una aceleración de olas y plasma a lo largo del las líneas magnéticas que enciende el aurora por debajo de la Tierra antes de que las zonas cercanas de ésta en el espacio hayan tenido la oportunidad de responder. Podemos facilitar los datos y la demonstrar que es esto lo que ocurre”, afirma Angelopoulos.

Algunos partidarios de la teoría contraria no parecen todavía muy convencidos de haber perdido la batalla y apuntan que los satélites de la NASA no estaban en la posición adecuada. El equipo de Angelopoulos repitió los experimentos con similares resultados, pero sigue a la búsqueda de más pruebas que den por zanjada la discusión.

Las condiciones meteorológicas del espacio

Cuestiones puristas a un lado, los resultados de la misión tienen una gran importancia en el cada vez mayor ámbito del Tiempo Espacial. Como explica Jim Wild, profesor en la Universidad de Lancaster (Reino Unido), “hoy en día en nuestras formas de vida contamos con satélites para navegar, tenemos el GPS, nuestras redes de distribución, flujos de redes de electricidad, utilizamos comunicación por radio y tenemos mucha tecnología y personas situadas en las órbitas del espacio… Alguno de estos sistemas podría ser vulnerable al tiempo espacial, y ha habido casos de satélites dañados por subtormentas o en algunos casos redes eléctricas que se han visto afectadas”.

Conocer cómo se generan las auroras permitirá un mayor control de este tiempo espacial, pero los desafíos para controlar la meteorología en el espacio infinito de las galaxias y del Sistema Solar no dejar de ser pocos: “El problema de hacer mediciones en el espacio es que es inmenso y no es posible tener una visión completa. El desafío está en combinar la información proporcionada por satélites con modelos teóricos computacionales que nos ayuden a tapar huecos, no es posible saber lo que ocurre en el tiempo espacial solamente con los datos recogidos en una pequeña parte del mismo”, señala Wild, para él sería como “tratar de entender una tormenta en la Tierra con las mediciones de cuatro termómetros”.

Mientras tanto investigadores como Ingrid Sandhal se centran en aquellas auroras que no se producen por las subtormentas, estructuras de pequeñas escalas que suceden a menos de 100 metros y son casi imperceptibles, con duraciones de un segundo a veces, para entender el fenómeno.

“Conocer más sobre estas pequeñas estructuras nos ayudará a saber mucho más sobre los detalles de los procesos físicos concretos que ocurren en la ionosfera. Las auroras son un estupendo canal para entender nuestro propio medioambiente. Hay mucha energía que se produce en la aurora y todavía no sabemos cómo esta energía afecta los niveles más bajos de la atmósfera. Es un instrumento fundamental de la física de plasma, de los fundamentos de la física”, explica Sandhal.

Para Sandhal, las auroras son un laboratorio fundamental de física natural. No hay una definición más bella en esencia para resumir uno de los fenómenos más maravillosos de nuestro firmamento.

Imagen superior: Aurora Boreal. Foto: IRF Kiruna (Suecia).

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