¿Por qué aparecen las auroras boreales? El espectáculo de luz que comienza en el Sol
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| Imagen: Martincco / Wikimedia Commons — CC BY-SA 4.0 |
Hay noches en las que el cielo parece transformarse.
Lo que normalmente es una oscuridad salpicada de estrellas puede convertirse de repente en una enorme cortina de luz verde, rosa, roja o violeta que parece moverse lentamente sobre nuestras cabezas.
Durante siglos, las personas que vivían cerca de las regiones polares contemplaron este espectáculo sin conocer su verdadera explicación.
Hoy sabemos que detrás de las auroras existe una conexión extraordinaria entre dos mundos que parecen muy diferentes:
el Sol y la Tierra.
Lo que empieza a millones de kilómetros de distancia puede terminar iluminando el cielo de nuestro planeta.
Y lo más sorprendente es que, aunque parezca magia, todo comienza con partículas eléctricamente cargadas, campos magnéticos y átomos de nuestra propia atmósfera.
No es una luz procedente directamente del Sol
Cuando contemplamos una aurora boreal podríamos pensar que estamos viendo una especie de reflejo de la luz solar.
No es exactamente así.
La aurora aparece porque partículas cargadas procedentes del entorno espacial interaccionan con el campo magnético terrestre y terminan provocando emisiones de luz en la atmósfera superior.
Para entenderlo hay que comenzar mucho más lejos.
Tenemos que mirar al Sol.
El Sol está enviando partículas continuamente
El Sol no solamente emite luz y calor.
También libera continuamente un flujo de partículas eléctricamente cargadas conocido como:
viento solar.
Está compuesto principalmente por protones y electrones.
Estas partículas abandonan la atmósfera exterior del Sol y se desplazan por todo el sistema solar.
En condiciones normales, la Tierra está recibiendo constantemente ese flujo.
Pero nuestro planeta posee una defensa natural extraordinaria:
el campo magnético terrestre.
Ese campo crea una enorme región alrededor de la Tierra conocida como magnetosfera.
La Tierra está rodeada por una gigantesca burbuja magnética
No podemos verla.
No tiene una superficie visible.
Pero la magnetosfera se extiende alrededor de nuestro planeta y actúa como una especie de escudo frente a buena parte del viento solar.
NASA explica que el campo magnético terrestre se origina en los movimientos del metal fundido del interior del planeta y que la magnetosfera protege a la Tierra frente a partículas cargadas procedentes del espacio.
Cuando el viento solar llega, no encuentra una Tierra completamente desprotegida.
Encuentra una enorme estructura magnética.
Pero esa protección no es perfecta.
Y precisamente ahí comienza la aurora.
Cuando el Sol se enfada, la historia cambia
El Sol no siempre está igual de tranquilo.
Puede producir distintos fenómenos capaces de alterar considerablemente el entorno espacial de la Tierra.
Entre ellos encontramos las llamaradas solares, las eyecciones de masa coronal, conocidas como CME, y corrientes especialmente rápidas de viento solar.
Estos acontecimientos pueden aumentar la cantidad de energía y partículas que interactúan con la magnetosfera terrestre.
Cuando ocurre una perturbación suficientemente intensa, la magnetosfera puede comprimirse y reorganizarse.
Y una parte de la energía almacenada en el sistema puede terminar acelerando partículas hacia las regiones polares.
Aquí aparece uno de los protagonistas: el campo magnético
Las partículas cargadas no se desplazan de cualquier manera cuando se encuentran dentro de un campo magnético.
Las líneas del campo magnético terrestre actúan como una especie de guía.
Muchas de las partículas aceleradas siguen esas líneas hacia las regiones polares.
Por eso las auroras suelen concentrarse en torno a las regiones polares.
En el hemisferio norte hablamos de:
aurora boreal
En el hemisferio sur:
aurora austral
Son dos manifestaciones del mismo fenómeno físico.
Pero ¿Cómo se convierte una partícula invisible en luz?
Esta es probablemente la parte más fascinante.
Las partículas cargadas pueden precipitar hacia la parte alta de la atmósfera.
Allí encuentran átomos y moléculas, principalmente de:
oxígeno
y
nitrógeno.
Cuando las partículas energéticas chocan con esos componentes atmosféricos, pueden proporcionarles energía.
Los átomos y moléculas quedan entonces en estados energéticos diferentes.
Y cuando regresan a estados de menor energía, liberan parte de esa energía en forma de fotones, es decir, luz.
Así nace el resplandor que vemos en el cielo.
La aurora es, en cierto sentido, la atmósfera terrestre emitiendo luz después de recibir energía procedente del espacio.
¿Por qué la aurora es verde?
Cuando pensamos en auroras, probablemente el primer color que imaginamos sea el verde.
Y tiene una explicación concreta.
El oxígeno puede emitir luz verde cuando es excitado por partículas energéticas.
NASA sitúa la emisión verde característica aproximadamente entre 100 y 200 kilómetros de altura.
Ese verde puede formar enormes bandas o cortinas que parecen desplazarse por el cielo.
Y aquí aparece una de las razones por las que las auroras resultan tan hipnóticas.
No son simples manchas de luz.
Pueden formar estructuras largas, ondulantes y dinámicas.
Pero también existen auroras rojas
El oxígeno puede producir no solamente verde.
A mayores alturas atmosféricas puede emitir una luz roja mucho más tenue.
NASA indica que el rojo puede aparecer aproximadamente por encima de los 200 kilómetros de altura.
Por eso algunas auroras pueden presentar una especie de combinación:
verde en las zonas inferiores
y
rojo en las zonas superiores.
En las fotografías especialmente intensas podemos observar varios colores al mismo tiempo.
¿Y de dónde salen los tonos azules y violetas?
Aquí entra principalmente el nitrógeno.
Las emisiones relacionadas con el nitrógeno pueden producir colores azulados, rosados y violetas dependiendo de las condiciones y de la energía de las partículas implicadas.
Esto significa que el color de una aurora nos está proporcionando información.
No es un color elegido al azar.
Puede indicarnos:
qué gas está interviniendo
y
a qué altura se produce la emisión.
En cierta manera, una aurora es como un enorme cartel luminoso que también contiene información sobre la atmósfera.
La altura importa muchísimo
La atmósfera no tiene la misma composición ni las mismas condiciones a todas las alturas.
A medida que ascendemos, la densidad del aire cambia.
También cambia la forma en que los átomos y moléculas pueden liberar energía.
Por eso las diferentes emisiones aparecen a distintas alturas.
NASA resume de forma aproximada este patrón:
Verde: oxígeno, aproximadamente entre 100 y 200 km.
Rojo: oxígeno, por encima de unos 200 km.
Azul: nitrógeno, aproximadamente entre 100 y 200 km.
Rosa: nitrógeno, especialmente a alturas más bajas dentro de la región auroral.
Estas cifras son aproximadas, porque las auroras son fenómenos dinámicos y sus características dependen de las condiciones del momento.
¿Por qué las auroras parecen moverse?
Esta es una de las características que más impresionan a quienes las contemplan.
Una aurora puede parecer casi inmóvil.
Y unos segundos después puede empezar a ondularse.
Las bandas de luz pueden desplazarse.
Las cortinas pueden cambiar de forma.
Pueden aparecer estructuras nuevas.
Incluso puede dar la sensación de que el cielo entero está moviéndose.
Esto ocurre porque las partículas cargadas y los campos magnéticos están interactuando continuamente.
No estamos contemplando una fotografía estática.
Estamos viendo un fenómeno físico que evoluciona en tiempo real.
NASA describe las auroras precisamente como manifestaciones dinámicas del llamado clima espacial.
El Sol y la Tierra mantienen una conversación invisible
Quizá esta sea una de las mejores maneras de imaginarlo.
El Sol está constantemente enviando partículas y campos magnéticos.
La Tierra responde mediante su magnetosfera.
Cuando las condiciones cambian, la interacción puede intensificarse.
Y una parte de esa energía termina depositándose en la atmósfera.
El resultado es visible desde el suelo:
una aurora.
Por tanto, una aurora boreal puede considerarse una especie de señal visible de la actividad del Sol y de la respuesta magnética de nuestro planeta.
¿Qué es una tormenta geomagnética?
Cuando la actividad solar provoca perturbaciones importantes en la magnetosfera terrestre podemos hablar de una tormenta geomagnética.
Durante estos episodios, la energía transferida al entorno magnético de la Tierra puede aumentar considerablemente.
Las partículas atrapadas en la magnetosfera pueden acelerarse y algunas pueden precipitar hacia la atmósfera, generando auroras más intensas y extendidas.
Eso explica algo que puede parecer extraño:
una aurora puede aparecer mucho más al sur de lo habitual.
No significa que los polos se hayan movido.
Significa que la actividad geomagnética puede hacer que la región donde las auroras son visibles se extienda hacia latitudes más bajas.
¿Se pueden ver las auroras desde España?
Normalmente, las auroras boreales son mucho más frecuentes en regiones cercanas al círculo polar ártico.
Pero durante grandes tormentas geomagnéticas, la actividad auroral puede extenderse hacia latitudes mucho más bajas.
NASA ha documentado episodios en los que las auroras llegaron a ser visibles desde regiones situadas muy al sur de las zonas donde suelen observarse, incluso en partes de Estados Unidos alejadas de las regiones polares.
Por tanto, ver una aurora desde lugares poco habituales es posible.
Pero no significa que pueda verse cualquier noche.
Hace falta una combinación de:
actividad solar,
condiciones geomagnéticas,
oscuridad
y un cielo despejado.
¿Por qué es más fácil observarlas lejos de las ciudades?
Existe una razón bastante sencilla.
La luz artificial de las ciudades compite directamente con la débil luz auroral.
En un cielo oscuro, una aurora puede destacar muchísimo más.
Por eso los mejores lugares de observación suelen estar alejados de:
ciudades,
carreteras muy iluminadas
y otras fuentes de contaminación lumínica.
Una aurora puede ser perfectamente real y estar ocurriendo sobre una ciudad, pero resultar difícil de observar a simple vista debido al brillo artificial del entorno.
¿Las auroras existen solamente en la Tierra?
No.
Aquí la historia se vuelve todavía más interesante.
La Tierra no es el único planeta que posee un entorno magnético y una atmósfera capaces de producir auroras.
Los científicos han observado fenómenos aurorales en otros mundos del sistema solar.
NASA ha estudiado auroras en planetas como Júpiter y Saturno, y también existen fenómenos aurorales relacionados con otros cuerpos planetarios.
Esto demuestra que las auroras no son un fenómeno exclusivo de nuestro planeta.
Son una consecuencia de la interacción entre:
partículas energéticas,
campos magnéticos
y atmósferas o entornos donde esas partículas pueden producir emisiones de luz.
Júpiter tiene auroras gigantescas
Si pensamos que las auroras terrestres son espectaculares, imaginemos las de Júpiter.
El planeta posee un campo magnético muchísimo más potente que el de la Tierra.
Además, cuenta con una enorme magnetosfera.
La interacción con partículas procedentes del Sol y con partículas procedentes del entorno del propio planeta puede generar espectaculares emisiones aurorales.
Júpiter demuestra que el mismo principio físico puede producir fenómenos a escalas completamente diferentes.
El Sol no lanza siempre el mismo «viento»
El viento solar no es completamente uniforme.
NASA explica que puede presentar diferentes velocidades y densidades dependiendo de las regiones del Sol de las que procede.
Por ejemplo, los agujeros coronales pueden producir corrientes rápidas de viento solar.
Cuando una de estas corrientes alcanza la Tierra en condiciones adecuadas, puede alterar la magnetosfera y contribuir a generar auroras.
Por eso no necesitamos necesariamente una enorme eyección de masa coronal para producir auroras.
También existen otras formas de actividad solar capaces de alterar el entorno espacial de la Tierra.
¿Qué es una eyección de masa coronal?
Una eyección de masa coronal, o CME, es una enorme expulsión de plasma magnetizado desde la corona del Sol.
Puede transportar una cantidad considerable de partículas y campos magnéticos hacia el espacio interplanetario.
Si una CME está dirigida hacia la Tierra, puede interactuar con nuestra magnetosfera y producir una fuerte perturbación geomagnética.
Y cuando las condiciones son especialmente favorables, el resultado puede ser una aurora extraordinariamente intensa.
La reconexión magnética: una pieza fundamental
Esta parte puede parecer complicada, pero podemos entenderla con una imagen sencilla.
El campo magnético del Sol y el campo magnético terrestre tienen estructuras y orientaciones diferentes.
En determinadas condiciones, sus líneas de campo pueden conectarse mediante un proceso conocido como:
reconexión magnética.
NASA explica que este fenómeno permite transferir energía del viento solar y del campo magnético interplanetario al entorno magnético terrestre.
Posteriormente, esa energía puede contribuir a acelerar partículas que terminan precipitando hacia la atmósfera polar.
Por eso la reconexión magnética es una pieza fundamental para entender cómo la energía procedente del Sol puede acabar convertida en una aurora.
El campo magnético actúa como una guía
Las partículas cargadas responden a los campos magnéticos.
Por eso no caen simplemente en línea recta hacia cualquier parte de la Tierra.
Siguen trayectorias condicionadas por el campo magnético.
En las regiones polares, las líneas de campo conectan de manera especialmente favorable la magnetosfera con la atmósfera superior.
Es una de las razones por las que las auroras aparecen principalmente cerca de los polos.
Dicho de forma sencilla:
la magnetosfera no solamente protege a la Tierra; también ayuda a dirigir las partículas que finalmente producen las auroras.
¿Por qué las auroras tienen forma de cortinas?
No siempre tienen exactamente esa forma.
Pueden aparecer como:
arcos,
bandas,
rayos,
ondas,
cortinas
o estructuras irregulares.
Las llamadas cortinas aurorales se forman porque la luz está siguiendo estructuras relacionadas con el campo magnético y con la distribución de las partículas precipitantes.
Cuando observamos esas enormes bandas verdes ondulándose, estamos viendo una representación visible de una estructura magnética que en realidad no podemos observar directamente.
Una aurora puede ser enorme
La escala puede ser difícil de imaginar.
No estamos hablando de una pequeña luz localizada sobre una montaña.
Las auroras pueden extenderse sobre grandes regiones del cielo.
Durante tormentas geomagnéticas intensas, la zona donde pueden observarse puede ampliarse considerablemente.
Desde el suelo, una única estructura puede parecer cubrir una parte enorme del horizonte.
Desde el espacio, los astronautas pueden observar las auroras como gigantescos anillos de luz alrededor de las regiones polares.
Los astronautas también las han fotografiado
Desde la Estación Espacial Internacional se han obtenido algunas de las imágenes más impresionantes de auroras.
La perspectiva cambia completamente.
En lugar de mirar hacia arriba desde el suelo, el astronauta observa una enorme corona luminosa alrededor del borde de la Tierra.
NASA ha publicado numerosas imágenes tomadas desde la Estación Espacial Internacional durante episodios de actividad auroral.
Desde allí se aprecia algo que desde la superficie resulta difícil imaginar:
la aurora no es simplemente una «luz en el cielo».
Es una enorme estructura atmosférica que puede rodear regiones completas del planeta.
¿Las auroras hacen ruido?
Esta es una de las preguntas más curiosas.
A lo largo de la historia, algunas personas han afirmado escuchar sonidos durante una aurora.
Sin embargo, no debemos presentar la idea de que las auroras producen normalmente un sonido audible como un hecho establecido.
El proceso que genera la luz ocurre a mucha altura en la atmósfera.
Y el simple resplandor auroral no significa automáticamente que exista un sonido viajando hasta el suelo.
La cuestión de los sonidos asociados a las auroras ha sido objeto de debate y de investigación, pero no forma parte de la explicación básica del fenómeno luminoso.
Lo que sí sabemos con seguridad es cómo se genera la luz:
partículas energéticas + atmósfera + campo magnético = aurora.
¿Las auroras son peligrosas?
Ver una aurora desde tierra no resulta peligroso por sí mismo.
Las emisiones de luz que contemplamos se producen en la alta atmósfera, a mucha distancia de nosotros.
Pero las tormentas geomagnéticas intensas que pueden producir auroras extraordinarias sí pueden tener efectos tecnológicos.
Las perturbaciones geomagnéticas pueden afectar sistemas eléctricos, comunicaciones y navegación, entre otras infraestructuras. NASA señala que variaciones importantes del entorno espacial pueden afectar incluso a las redes eléctricas terrestres.
Esto forma parte de lo que conocemos como:
clima espacial.
Una aurora es bonita, pero también nos está diciendo algo
Cuando aparece una aurora intensa, no solamente estamos contemplando un espectáculo.
También estamos observando una señal de que el entorno espacial alrededor de la Tierra está experimentando cambios.
Una aurora puede indicarnos que existe una interacción importante entre:
el viento solar,
el campo magnético terrestre
y la atmósfera.
En cierto modo, el cielo se convierte en un monitor natural del clima espacial.
¿Por qué se llaman «auroras boreales»?
La palabra aurora procede del latín y hace referencia al amanecer.
La expresión «boreal» procede de Bóreas, la personificación griega del viento del norte.
Por eso:
aurora boreal = luz del norte.
En el hemisferio sur utilizamos:
aurora austral.
Aunque los nombres sean diferentes, el fenómeno fundamental es equivalente.
Durante siglos no supimos qué eran
Antes de comprender el viento solar o el campo magnético terrestre, las auroras dieron lugar a numerosas interpretaciones culturales.
Dependiendo del lugar y de la época, fueron interpretadas como:
espíritus,
presagios,
señales divinas,
fenómenos sobrenaturales
o manifestaciones de seres extraordinarios.
No resulta difícil entender por qué.
Imaginémoslo.
Es de noche.
El cielo está oscuro.
Y de repente aparecen enormes luces verdes y rojizas que se mueven silenciosamente sobre nuestras cabezas.
Sin conocimientos de física, la explicación sobrenatural podía parecer completamente razonable.
Hoy sabemos que detrás del espectáculo no hay magia.
Hay física.
El espectáculo comienza a más de cien kilómetros sobre nosotros
Cuando miramos una aurora, estamos observando luz generada en las capas altas de la atmósfera.
Muchos de los colores aurorales visibles se producen aproximadamente entre 100 y 400 kilómetros de altura, dependiendo del fenómeno y de la altitud de las partículas que producen la emisión.
Esto significa que entre nosotros y el origen de la luz puede haber cientos de kilómetros.
Y, aun así, la aurora puede parecer estar justo encima de nuestras cabezas.
¿Por qué vemos más auroras durante determinadas fases del ciclo solar?
La actividad solar no permanece constante.
El Sol experimenta un ciclo de aproximadamente 11 años en el que cambia el número de manchas solares y también la actividad magnética.
Durante periodos de mayor actividad pueden producirse más fenómenos capaces de perturbar el entorno espacial terrestre.
Eso puede aumentar las oportunidades de observar auroras.
Pero no significa que todas las noches de máxima actividad solar vaya a aparecer una aurora espectacular.
También depende de la dirección de los eventos solares y de cómo interactúen con la magnetosfera terrestre.
¿Una aurora puede aparecer de repente?
Sí.
La actividad auroral puede cambiar rápidamente.
Un cielo que parece tranquilo puede empezar a mostrar un arco luminoso.
Después puede expandirse.
La estructura puede hacerse más brillante.
Pueden aparecer rayos verticales.
Las bandas pueden moverse.
Y posteriormente desaparecer.
Estos cambios reflejan la evolución de las corrientes y partículas dentro del entorno magnético de la Tierra.
La aurora es, literalmente, un fenómeno en movimiento.
¿Por qué las fotografías suelen ser más espectaculares que nuestros ojos?
Esta es una cuestión que confunde a muchas personas.
Una fotografía de larga exposición puede registrar más luz de la que percibe nuestro ojo en un instante concreto.
Por eso una cámara puede mostrar colores intensos mientras una persona observa una aurora mucho más tenue.
No significa necesariamente que la fotografía sea falsa.
Significa que:
nuestros ojos y una cámara no registran la luz exactamente de la misma manera.
Además, una cámara puede acumular luz durante varios segundos.
Nuestros ojos no funcionan exactamente así.
La Tierra no es el único planeta que tiene un «cielo iluminado»
Esta es quizá la conclusión más fascinante.
Una aurora nos demuestra que nuestro planeta está conectado físicamente con el espacio que lo rodea.
El viento solar llega desde el Sol.
La magnetosfera responde.
Las partículas son aceleradas.
La atmósfera recibe energía.
Los átomos y moléculas se excitan.
Y finalmente aparece una luz que podemos contemplar desde el suelo.
Todo el proceso es una cadena.
Sol → viento solar → magnetosfera → partículas → atmósfera → luz.
Y cuando esa cadena funciona de una manera suficientemente intensa, el cielo nocturno comienza a bailar.
Una tormenta en el espacio puede convertirse en un espectáculo terrestre
Quizá esta sea la mejor forma de resumirlo.
La aurora boreal no nace realmente en el cielo.
Su historia comienza mucho antes, en el Sol.
Una perturbación solar puede enviar energía hacia la Tierra.
El campo magnético de nuestro planeta recibe esa energía.
Parte de ella se transmite y reorganiza.
Las partículas son aceleradas hacia las regiones polares.
Y cuando chocan con los gases de la atmósfera, producen luz.
Lo que vemos desde el suelo es solamente el último capítulo de una historia que comenzó a millones de kilómetros de distancia.
Y cada color cuenta una historia diferente
La próxima vez que veas una aurora verde, recuerda que ese color está relacionado principalmente con el oxígeno.
Si aparece rojo a gran altura, también puede estar interviniendo el oxígeno.
Los tonos azules, rosas y violetas pueden estar relacionados con el nitrógeno.
La combinación de colores depende de la composición de la atmósfera, la altura y la energía de las partículas.
Por eso una fotografía auroral puede ser mucho más que una imagen bonita.
Es también una representación visual de lo que está sucediendo en la atmósfera.
Quizá la próxima aurora nos ayude a entender mejor el Sol
Los científicos estudian las auroras porque son una manera de observar cómo responde la Tierra a la actividad solar.
Comprender ese proceso permite mejorar nuestro conocimiento del clima espacial y de sus posibles efectos sobre satélites, astronautas, sistemas de navegación, comunicaciones y redes eléctricas.
La aurora es hermosa.
Pero también es información.
Es el rastro luminoso de una interacción entre nuestro planeta y su estrella.
La próxima vez que mires una aurora...
No pienses solamente:
«Qué bonito».
Piensa que estás viendo una cadena de acontecimientos que comienza en el Sol.
Partículas viajando por el espacio.
Un campo magnético protegiendo nuestro planeta.
Energía que entra en la magnetosfera.
Partículas que siguen las líneas magnéticas hacia los polos.
Átomos de oxígeno y nitrógeno recibiendo energía.
Y finalmente:
luz.
Una luz que puede recorrer cientos de kilómetros de atmósfera y transformar una noche oscura en uno de los espectáculos naturales más extraordinarios de la Tierra.
La aurora boreal no es una lámpara celestial.
No es un reflejo.
No es magia.
Es la huella visible de la conexión entre el Sol y la Tierra.
Y quizá esa sea la parte más impresionante de todas:
cuando el cielo empieza a bailar, en realidad estamos viendo cómo nuestra estrella está interactuando con nuestro planeta.
¿Has tenido alguna vez la oportunidad de ver una aurora boreal?
Te leo en los comentarios.
Fuentes consultadas
NASA Science — Auroras
https://science.nasa.gov/sun/auroras/
NASA Science — What Is the Solar Wind?
https://science.nasa.gov/sun/what-is-the-solar-wind/
NASA Science — Auroras: Dancing in the Night
https://science.nasa.gov/earth/earth-observatory/auroras-dancing-in-the-night/
NASA Science — Vibrant Auroras
https://science.nasa.gov/earth/earth-observatory/vibrant-auroras-152063/
NASA Science — Bright Aurora, Below Freezing
https://science.nasa.gov/earth/earth-observatory/bright-aurora-below-freezing-147936/
NASA Science — Purple Haze Aurora
https://science.nasa.gov/earth/earth-observatory/purple-haze-aurora/
NASA Heliophysics — Aurora
https://science.nasa.gov/learn/heat/big-ideas/big-idea-1-2/
NOAA Space Weather Prediction Center — Aurora 30-Minute Forecast
https://www.swpc.noaa.gov/products/aurora-30-minute-forecast
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