Aurora

Imágenes de auroras boreales de todo el mundo, incluidas aquellas con luces rojas y azules más raras.

Una aurora ( pl. auroras ) es un fenómeno luminoso natural en la atmósfera superior de la Tierra causado por la colisión de partículas cargadas provenientes del Sol con átomos en la atmósfera. Estas colisiones excitan el oxígeno y el nitrógeno , que luego emiten luz de diferentes colores como verde, rojo y violeta. ^{[ 1 ]} Cuando se observan en regiones de alta latitud ^{[ 2 ]} se denominan luces polares y aurora polaris . En el Ártico se las conoce como luces del norte o aurora boreal ; en la Antártida , se utiliza el término luces del sur o aurora australis . ^{[ 3 ] [ 4 ]} Las auroras muestran patrones dinámicos de luz radiante que aparecen como cortinas, rayos, espirales o destellos dinámicos que cubren todo el cielo. ^{[ 5 ]}

Las auroras son el resultado de perturbaciones en la magnetosfera terrestre causadas por el aumento de la velocidad del viento solar proveniente de agujeros coronales y eyecciones de masa coronal . Estas perturbaciones alteran las trayectorias de las partículas cargadas en el plasma magnetosférico . Dichas partículas, principalmente electrones y protones , precipitan en la atmósfera superior ( termosfera / exosfera ). La ionización y excitación resultantes de los componentes atmosféricos emiten luz de diversos colores y complejidad. La forma de la aurora, que se presenta en bandas alrededor de ambas regiones polares, también depende de la aceleración que reciben las partículas precipitantes.

Otros planetas del Sistema Solar , enanas marrones , cometas y algunos satélites naturales también albergan auroras. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

El término aurora boreal apareció en una descripción de Pierre Gassendi de 1649 sobre un fenómeno auroral visible en toda Francia en 1621. Gassendi había leído las obras de Galileo Galilei , quien utilizó el término en sus extensos escritos sobre auroras en 1619. ^{[ 8 ] [ 9 ]} El término entró en el idioma inglés en 1828. ^{[ 10 ]}

La palabra aurora deriva del nombre de la diosa romana del amanecer, Aurora , que viajaba de este a oeste anunciando la llegada del Sol . ^{[ 10 ]} Aurora se usó por primera vez en inglés en el siglo XIV. ^{[ 10 ]} Las palabras borealis y australis derivan de los nombres de los antiguos dioses del viento del norte ( Boreas ) y del viento del sur ( Auster o australis ) en la mitología grecorromana . ^{[ 10 ]}

Las guías de estilo modernas recomiendan que los nombres de fenómenos meteorológicos , como la aurora boreal, se escriban en minúscula. ^{[ 11 ]} El nombre «auroras» es ahora el plural más común en los EE. UU.; ^{[ 12 ]} sin embargo, «aurorae» es el plural latino original y lo usan a menudo los científicos. En algunos contextos, «aurora» es un sustantivo incontable, y a los avistamientos múltiples se les denomina «la aurora».

Las auroras se observan con mayor frecuencia en la "zona auroral" ^{[ 13 ]} , una banda de aproximadamente 6° (~660  km) de ancho en latitud, centrada en 67° norte y sur. ^{[ 14 ]} La región que muestra una aurora en ese momento se llama "óvalo auroral". El óvalo es desplazado por el viento solar, empujándolo unos 15° lejos del polo geomagnético (no del polo geográfico) en dirección al mediodía y 23° lejos en dirección a medianoche. ^{[ 14 ]} La extensión máxima del óvalo hacia el ecuador está ligeramente desplazada de la medianoche geográfica. Está centrada unos 3–5° hacia la noche del polo magnético, de modo que los arcos aurorales alcanzan su punto máximo hacia el ecuador cuando el polo magnético en cuestión se encuentra entre el observador y el Sol , lo que se denomina medianoche magnética .

Las primeras evidencias de una conexión geomagnética provienen de las estadísticas de observaciones aurorales. Elias Loomis (1860), ^{[ 15 ]} y más tarde Hermann Fritz (1881) ^{[ 16 ]} y Sophus Tromholt (1881) ^{[ 17 ]} con más detalle, establecieron que la aurora aparecía principalmente en la zona auroral.

En latitudes septentrionales , el efecto se conoce como aurora boreal o luces del norte. Su contraparte austral, la aurora austral o luces del sur, tiene características casi idénticas a la aurora boreal y cambia simultáneamente con los cambios en la zona auroral del norte. ^{[ 18 ]} La aurora austral es visible desde altas latitudes australes en la Antártida , la Patagonia , el sureste de Australia , Nueva Zelanda y las Islas Malvinas . La aurora boreal es visible desde áreas alrededor del Ártico como Alaska , Canadá , Islandia , Groenlandia , las Islas Feroe , Escandinavia , Finlandia , Escocia y Rusia . Una tormenta geomagnética hace que los óvalos aurorales (norte y sur) se expandan, llevando la aurora a latitudes más bajas o más altas en el sur. En raras ocasiones, la aurora boreal se puede ver tan al sur como el Mediterráneo, Asia Oriental y los estados del sur de los Estados Unidos, mientras que la aurora austral se puede ver tan al norte como Nueva Caledonia , Sudáfrica , la región de Pilbara en Australia Occidental y Uruguay . ^{[ 19 ]} Durante el Evento Carrington , la mayor tormenta geomagnética jamás observada, se vieron auroras incluso en los trópicos .

Las auroras que se ven dentro del óvalo auroral pueden estar directamente sobre nuestras cabezas. Desde más lejos, iluminan el horizonte polar como un resplandor verdoso, o a veces un rojo tenue, como si el Sol saliera desde una dirección inusual. Las auroras también se producen hacia el norte de la zona auroral como manchas o arcos difusos, ^{[ 20 ]} que pueden ser subvisuales.

Vídeos de la aurora austral grabados por la tripulación de la Expedición 28 a bordo de la Estación Espacial Internacional.

Esta secuencia de fotografías fue tomada el 17 de septiembre de 2011 entre las 17:22:27 y las 17:45:12 GMT, durante un paso ascendente desde el sur de Madagascar hasta justo al norte de Australia sobre el Océano Índico .

Esta secuencia de fotografías fue tomada el 7 de septiembre de 2011 entre las 17:38:03 y las 17:49:15 GMT, desde las Tierras Australes y Antárticas Francesas en el Océano Índico Sur hasta el sur de Australia.

Esta secuencia de tomas fue realizada el 11 de septiembre de 2011 entre las 13:45:06 y las 14:01:51 GMT, desde un paso descendente cerca del este de Australia, dando la vuelta hacia un paso ascendente al este de Nueva Zelanda .

Mapas de la NOAA de América del Norte y Eurasia

América del norte

Eurasia

Estos mapas muestran el límite local de la aurora boreal a medianoche en función de los distintos niveles de actividad geomagnética registrados el 28 de octubre de 2011. Estos mapas cambian según la ubicación de los polos geomagnéticos . Un índice K de K _p = 3 corresponde a niveles relativamente bajos de actividad geomagnética, mientras que K _p = 9 representa niveles altos.

Las auroras se observan ocasionalmente en latitudes por debajo de la zona auroral cuando una tormenta geomagnética agranda temporalmente el óvalo auroral. Las grandes tormentas geomagnéticas son más comunes durante el pico del ciclo de manchas solares de 11 años o durante los tres años posteriores al pico. ^{[ 21 ] [ 22 ]} Un electrón gira en espiral alrededor de una línea de campo en un ángulo que está determinado por sus vectores de velocidad, paralelos y perpendiculares, respectivamente, al vector del campo geomagnético local B. Este ángulo se conoce como el "ángulo de paso" de la partícula. La distancia, o radio, del electrón a la línea de campo en cualquier momento se conoce como su radio de Larmor . El ángulo de paso aumenta a medida que el electrón viaja a una región de mayor intensidad de campo más cercana a la atmósfera. Por lo tanto, es posible que algunas partículas regresen, o se reflejen, si el ángulo se vuelve de 90° antes de entrar en la atmósfera para colisionar con las moléculas más densas allí. Otras partículas que no se reflejan entran en la atmósfera y contribuyen al espectáculo auroral en un rango de altitudes. Se han observado otros tipos de auroras desde el espacio; por ejemplo, los "arcos polares" que se extienden hacia el sol a través del casquete polar, la relacionada "aurora theta" ^{[ 23 ]} y los "arcos diurnos" cerca del mediodía. Estos son relativamente infrecuentes y poco comprendidos. Se producen otros efectos interesantes, como la aurora pulsante, la "aurora negra" y su compañera más rara, la "anti-aurora negra", y los arcos rojos subvisuales. Además de todo esto, se observa un débil resplandor (a menudo rojo intenso) alrededor de las dos cúspides polares, las líneas de campo que separan las que se cierran a través de la Tierra de las que son barridas hacia la cola y se cierran remotamente.

Formularios

Según Clark (2007), existen cinco formas principales que se pueden observar desde el suelo, de la menos a la más visible: ^{[ 26 ]}

• Un tenue resplandor , cerca del horizonte. Estos pueden estar cerca del límite de visibilidad, ^{[ 27 ]} pero se pueden distinguir de las nubes iluminadas por la luna porque las estrellas se pueden ver sin atenuarse a través del resplandor.
• Manchas o superficies que parecen nubes.
• Los arcos se curvan a través del cielo.
• Los rayos son franjas claras y oscuras que atraviesan arcos y se extienden hacia arriba en diferentes grados.
• Las coronas cubren gran parte del cielo y divergen desde un punto en él.

Brekke (1994) también describió algunas auroras como "cortinas". ^{[ 28 ]} La similitud con las cortinas a menudo se ve acentuada por los pliegues dentro de los arcos. Los arcos pueden fragmentarse o dividirse en características separadas, a veces de rápida evolución, frecuentemente irradiadas, que pueden llenar todo el cielo. Estas también se conocen como auroras discretas , que en ocasiones son lo suficientemente brillantes como para leer un periódico por la noche. ^{[ 29 ]}

Estas formas son consistentes con la idea de que las auroras se forman por el campo magnético de la Tierra. La apariencia de arcos, rayos, cortinas y coronas está determinada por las formas de las partes luminosas de la atmósfera y la posición del observador . ^{[ 30 ]}

Colores y longitudes de onda de la luz auroral

• Rojo: En sus mayores altitudes, el oxígeno atómico excitado emite a 630  nm (rojo); la baja concentración de átomos y la menor sensibilidad de los ojos a esta longitud de onda hacen que este color solo sea visible bajo una actividad solar más intensa. El bajo número de átomos de oxígeno y su concentración decreciente gradualmente son responsables de la tenue apariencia de las partes superiores de las "cortinas". El escarlata, el carmesí y el rojo son los tonos de rojo que se observan con mayor frecuencia en las auroras. ^{[ 31 ]}
• Verde: A altitudes más bajas, las colisiones más frecuentes suprimen el  modo de 630 nm (rojo); en su lugar,  predomina la emisión de 557,7 nm (verde). Una concentración bastante alta de oxígeno atómico y una mayor sensibilidad del ojo al verde hacen que las auroras verdes sean las más comunes. El nitrógeno molecular excitado (el nitrógeno atómico es raro debido a la alta estabilidad de la molécula de N₂ ₎ juega un papel importante, ya que puede transferir energía por colisión con un átomo de oxígeno, que luego la irradia en la longitud de onda verde. (El rojo y el verde también pueden mezclarse para producir tonalidades rosadas o amarillas). La rápida disminución de la concentración de oxígeno atómico por debajo de los 100  km es responsable del final aparentemente abrupto de los bordes inferiores de las cortinas. Tanto las  longitudes de onda de 557,7 como de 630,0 nm corresponden a transiciones prohibidas del oxígeno atómico, un mecanismo lento responsable de la gradualidad (0,7  s y 107  s respectivamente) del destello y el desvanecimiento. ^{[ 32 ]}

• Azul: A altitudes aún más bajas, el oxígeno atómico es poco común, y el nitrógeno molecular y el nitrógeno molecular ionizado toman el relevo en la producción de emisión de luz visible, irradiando en un gran número de longitudes de onda tanto en las partes roja como azul del espectro, siendo 428  nm (azul) la dominante. Las emisiones azules y violetas, típicamente en los bordes inferiores de las "cortinas", aparecen en los niveles más altos de actividad solar. ^{[ 33 ]} Las transiciones del nitrógeno molecular son mucho más rápidas que las del oxígeno atómico.
• Blanco/continuo: Se ha observado emisión auroral blanca (que a menudo aparece de color malva) en el espectro de color de STEVE ^{[ 34 ]} , y dentro de la aurora en el óvalo y en el borde hacia el polo ^{[ 35 ] [ 36 ]} . El color blanco se debe al espectro de pseudocontinuo de estas formas aurorales, que contiene emisión en todos los colores a lo largo del rango óptico, y se ha observado con varios instrumentos espectrográficos.
• Ultravioleta: Se ha observado radiación ultravioleta de las auroras (dentro de la ventana óptica pero no visible para el ojo humano) con el equipo necesario. También se han observado auroras ultravioleta en Marte, Júpiter y Saturno. ^{[ 37 ]}
• Infrarrojo: La radiación infrarroja, en longitudes de onda que se encuentran dentro de la ventana óptica, también forma parte de muchas auroras. ^{[ 37 ] [ 38 ]}
• El amarillo y el rosa son una mezcla de rojo y verde o azul. Las auroras amarillas y rosas son relativamente raras y se asocian con una alta actividad solar. ^{[ 39 ]} Otros tonos de rojo, así como el naranja y el dorado, también pueden observarse en raras ocasiones. Dado que el rojo, el verde y el azul son colores linealmente independientes, la síntesis aditiva podría, en teoría, producir la mayoría de los colores percibidos por el ser humano, pero los mencionados en este artículo constituyen una lista prácticamente exhaustiva.

Cambia con el tiempo

Las auroras cambian con el tiempo. Durante la noche comienzan con resplandores y progresan hacia coronas, aunque es posible que no las alcancen. Suelen desvanecerse en el orden inverso. ^{[ 28 ]} Hasta aproximadamente 1963, se pensaba que estos cambios se debían a la rotación de la Tierra bajo un patrón fijo con respecto al Sol. Posteriormente, se descubrió, al comparar películas de auroras de todo el cielo de diferentes lugares (recopiladas durante el Año Geofísico Internacional ), que a menudo experimentan cambios globales en un proceso llamado subtormenta auroral . Cambian en pocos minutos de arcos tranquilos a lo largo del óvalo auroral a exhibiciones activas en el lado oscuro y, después de 1 a 3 horas, vuelven gradualmente a su estado inicial. ^{[ 40 ]} Los cambios en las auroras a lo largo del tiempo se visualizan comúnmente mediante keogramas . ^{[ 41 ]}

En escalas de tiempo más cortas, las auroras pueden cambiar su apariencia e intensidad, a veces tan lentamente que resulta difícil notarlas, y otras veces rápidamente hasta la escala de subsegundos. ^{[ 29 ]} El fenómeno de las auroras pulsantes es un ejemplo de variaciones de intensidad en escalas de tiempo cortas, típicamente con períodos de 2 a 20 segundos. Este tipo de aurora generalmente va acompañada de alturas máximas de emisión decrecientes de aproximadamente 8  km para las emisiones azules y verdes y velocidades del viento solar superiores a la media ( aprox. 500  km/s ). ^{[ 42 ]}

Aún no se comprenden completamente los procesos físicos que dan lugar a los distintos tipos de auroras, pero la causa fundamental radica en la interacción del viento solar con la magnetosfera terrestre . La intensidad variable del viento solar produce efectos de distinta magnitud, pero incluye uno o más de los siguientes escenarios físicos.

1. Un viento solar en reposo que fluye más allá de la magnetosfera terrestre interactúa constantemente con ella y puede inyectar partículas de viento solar directamente en las líneas del campo geomagnético que están "abiertas", a diferencia de estar "cerradas" en el hemisferio opuesto, y proporcionar difusión a través del choque de proa . También puede provocar que partículas ya atrapadas en los cinturones de radiación precipiten a la atmósfera. Una vez que las partículas se pierden en la atmósfera desde los cinturones de radiación, en condiciones tranquilas, otras nuevas las reemplazan lentamente, y el cono de pérdida se agota. Sin embargo, en la magnetocola, las trayectorias de las partículas parecen reorganizarse constantemente, probablemente cuando las partículas cruzan el campo magnético muy débil cerca del ecuador. Como resultado, el flujo de electrones en esa región es casi el mismo en todas las direcciones ("isotrópico") y asegura un suministro constante de electrones fugados. La fuga de electrones no deja la cola cargada positivamente, porque cada electrón fugado que se pierde en la atmósfera es reemplazado por un electrón de baja energía atraído hacia arriba desde la ionosfera . Esta sustitución de electrones "calientes" por electrones "fríos" concuerda plenamente con la segunda ley de la termodinámica . El proceso completo, que también genera una corriente eléctrica anular alrededor de la Tierra, es incierto.
2. Las perturbaciones geomagnéticas provocadas por un viento solar intensificado causan distorsiones en la magnetocola ("subtormentas magnéticas"). Estas "subtormentas" suelen producirse tras periodos prolongados (del orden de horas) durante los cuales el campo magnético interplanetario ha tenido una componente sur apreciable. Esto conlleva una mayor tasa de interconexión entre sus líneas de campo y las de la Tierra. Como resultado, el viento solar desplaza el flujo magnético (tubos de líneas de campo magnético, "bloqueados" con su plasma residente) desde el lado diurno de la Tierra hacia la magnetocola, ampliando el obstáculo que esta presenta al flujo del viento solar y estrechando la cola en el lado nocturno. Finalmente, parte del plasma de la cola puede separarse (" reconexión magnética "); algunas masas (" plasmoides ") son comprimidas aguas abajo y arrastradas por el viento solar; otras son comprimidas hacia la Tierra, donde su movimiento alimenta fuertes estallidos de auroras, principalmente alrededor de la medianoche ("proceso de descarga"). Una tormenta geomagnética resultante de una mayor interacción añade muchas más partículas al plasma atrapado alrededor de la Tierra, lo que también intensifica la "corriente anular". En ocasiones, la modificación resultante del campo magnético terrestre puede ser tan intensa que produce auroras visibles en latitudes medias, en líneas de campo mucho más cercanas al ecuador que las de la zona auroral.

   

3. La aceleración de partículas cargadas aurorales acompaña invariablemente a las perturbaciones magnetosféricas que producen auroras. Este mecanismo, que se cree que surge principalmente de campos eléctricos intensos paralelos al campo magnético o de interacciones onda-partícula, aumenta la velocidad de una partícula en la dirección del campo magnético guía. De este modo, se reduce el ángulo de inclinación y aumenta la probabilidad de que se precipiten a la atmósfera. Tanto las ondas electromagnéticas como las electrostáticas, producidas durante las mayores perturbaciones geomagnéticas, contribuyen significativamente a los procesos energéticos que sustentan una aurora. La aceleración de partículas proporciona un proceso intermedio complejo para transferir energía del viento solar indirectamente a la atmósfera.

Los detalles de estos fenómenos no se comprenden del todo. Sin embargo, está claro que la principal fuente de partículas aurorales es el viento solar que alimenta la magnetosfera, el reservorio que contiene las zonas de radiación y las partículas temporalmente atrapadas magnéticamente y confinadas por el campo geomagnético, junto con los procesos de aceleración de partículas. ^{[ 63 ]}

La Tierra está constantemente inmersa en el viento solar , un flujo de plasma caliente magnetizado (un gas de electrones libres e iones positivos) emitido por el Sol en todas direcciones, resultado de la temperatura de dos millones de grados de la capa más externa del Sol, la corona . El viento solar llega a la Tierra con una velocidad típica de alrededor de 400  km/s, una densidad de alrededor de 5 iones/cm³ ^y una intensidad de campo magnético de alrededor de 2–5 nT (en comparación, el campo superficial de la Tierra suele ser de 30 000–50 000 nT). Durante las tormentas magnéticas , en particular, los flujos pueden ser varias veces más rápidos; el campo magnético interplanetario (FMI) también puede ser mucho más fuerte. Joan Feynman dedujo en la década de 1970 que los promedios a largo plazo de la velocidad del viento solar se correlacionaban con la actividad geomagnética. ^{[ 78 ]} Su trabajo fue resultado de los datos recopilados por la nave espacial Explorer 33 .

El viento solar y la magnetosfera están compuestos de plasma (gas ionizado), que conduce la electricidad. Es bien sabido (desde el trabajo de Michael Faraday alrededor de 1830) que cuando un conductor eléctrico se coloca dentro de un campo magnético mientras se produce un movimiento relativo en una dirección en la que el conductor corta (o es cortado por ) , en lugar de a lo largo de , las líneas del campo magnético, se induce una corriente eléctrica dentro del conductor. La intensidad de la corriente depende de a) la velocidad del movimiento relativo, b) la intensidad del campo magnético, c) el número de conductores conectados en serie y d) la distancia entre el conductor y el campo magnético, mientras que la dirección del flujo depende de la dirección del movimiento relativo. Las dinamos utilizan este proceso básico ("el efecto dinamo "), y todos los conductores, sólidos o no, se ven afectados por él, incluidos los plasmas y otros fluidos.

El campo magnético interplanetario (IMF) se origina en el Sol, vinculado a las manchas solares , y sus líneas de campo (líneas de fuerza) son arrastradas por el viento solar. Esto por sí solo tendería a alinearlas en la dirección Sol-Tierra, pero la rotación del Sol las inclina hacia la Tierra unos 45 grados, formando una espiral en el plano de la eclíptica, conocida como la espiral de Parker . Por lo tanto, las líneas de campo que pasan por la Tierra suelen estar vinculadas a las cercanas al borde occidental ("limbo") del Sol visible en cualquier momento. ^{[ 79 ]}

El viento solar y la magnetosfera, al ser dos fluidos conductores de electricidad en movimiento relativo, deberían, en principio, generar corrientes eléctricas mediante un efecto dinamo y transferir energía del flujo del viento solar. Sin embargo, este proceso se ve dificultado por el hecho de que los plasmas conducen fácilmente a lo largo de las líneas del campo magnético, pero con menor facilidad perpendicularmente a ellas. La energía se transfiere de forma más eficaz mediante la conexión magnética temporal entre las líneas del campo del viento solar y las de la magnetosfera. Como era de esperar, este proceso se conoce como reconexión magnética . Como ya se ha mencionado, ocurre con mayor facilidad cuando el campo interplanetario se dirige hacia el sur, en una dirección similar a la del campo geomagnético en las regiones internas tanto del polo magnético norte como del polo magnético sur .

Las auroras son más frecuentes y brillantes durante la fase intensa del ciclo solar, cuando las eyecciones de masa coronal aumentan la intensidad del viento solar. ^{[ 80 ]}

Magnetosfera

La magnetosfera terrestre está moldeada por el impacto del viento solar en el campo magnético de la Tierra. Esto forma un obstáculo al flujo, desviándolo, a una distancia promedio de unos 70 000  km (11 radios terrestres o R _e ), ^{[ 81 ]} produciendo una onda de choque de proa de 12 000  km a 15 000  km (1,9 a 2,4 R _e ) más arriba. El ancho de la magnetosfera frente a la Tierra es típicamente de 190 000  km (30 R _e ), y en el lado nocturno, una larga "magnetocola" de líneas de campo estiradas se extiende a grandes distancias (> 200 R _e ).

La magnetosfera de alta latitud se llena de plasma a medida que el viento solar pasa por la Tierra. El flujo de plasma hacia la magnetosfera aumenta con la turbulencia, la densidad y la velocidad adicionales del viento solar. Este flujo se ve favorecido por una componente hacia el sur del campo magnético interplanetario (IMF), que puede conectarse directamente con las líneas del campo geomagnético de alta latitud. ^{[ 82 ]} El patrón de flujo del plasma magnetosférico es principalmente desde la magnetocola hacia la Tierra, alrededor de la Tierra y de regreso al viento solar a través de la magnetopausa en el lado diurno. Además de moverse perpendicularmente al campo magnético terrestre, parte del plasma magnetosférico viaja hacia abajo a lo largo de las líneas del campo magnético terrestre, gana energía adicional y la pierde en la atmósfera en las zonas aurorales. Las cúspides de la magnetosfera, que separan las líneas del campo geomagnético que se cierran a través de la Tierra de aquellas que se cierran remotamente, permiten que una pequeña cantidad de viento solar llegue directamente a la parte superior de la atmósfera, produciendo un resplandor auroral.

El 26 de febrero de 2008, las sondas THEMIS pudieron determinar, por primera vez, el evento desencadenante del inicio de las subtormentas magnetosféricas . ^{[ 83 ]} Dos de las cinco sondas, ubicadas aproximadamente a un tercio de la distancia a la Luna, midieron eventos que sugerían una reconexión magnética 96 segundos antes de la intensificación auroral. ^{[ 84 ]}

Las tormentas geomagnéticas que desencadenan auroras podrían ocurrir con mayor frecuencia durante los meses cercanos a los equinoccios . Aunque no se comprende del todo, las tormentas geomagnéticas podrían variar según las estaciones terrestres. Dos factores a considerar son la inclinación de los ejes solar y terrestre con respecto al plano de la eclíptica. A medida que la Tierra orbita a lo largo del año, experimenta un campo magnético interplanetario (FMI) proveniente de diferentes latitudes del Sol, que está inclinado 8 grados. De manera similar, la inclinación de 23 grados del eje terrestre, alrededor del cual gira el polo geomagnético con una variación diurna, modifica el ángulo promedio diario que el campo geomagnético presenta al FMI incidente durante todo el año. Estos factores combinados pueden generar pequeños cambios cíclicos en la forma en que el FMI se conecta con la magnetosfera. A su vez, esto afecta la energía del viento solar que puede llegar a la magnetosfera interna de la Tierra y, por lo tanto, intensificar las auroras. Evidencia reciente de 2021 ha demostrado que las subtormentas individuales podrían ser, de hecho, comunidades interconectadas. ^{[ 85 ]}

Se han observado auroras boreales en todos los planetas con campos magnéticos; el mecanismo físico es el mismo, pero las consecuencias pueden ser muy diferentes. ^{[ 86 ]}

Tanto Júpiter como Saturno poseen campos magnéticos más fuertes que el de la Tierra (la intensidad del campo ecuatorial de Júpiter es de 4,3 gauss , en comparación con los 0,3 gauss de la Tierra), y ambos tienen extensos cinturones de radiación. Se han observado auroras en ambos planetas gaseosos, con mayor claridad gracias al Telescopio Espacial Hubble y las sondas Cassini y Galileo , así como en Urano y Neptuno . ^{[ 87 ]}

Las auroras de Saturno, al igual que las de la Tierra, parecen estar impulsadas por el viento solar. Sin embargo, las auroras de Júpiter son más complejas. El óvalo auroral principal de Júpiter está asociado con el plasma producido por la luna volcánica Io y el transporte de este plasma dentro de la magnetosfera del planeta . Una fracción incierta de las auroras de Júpiter está impulsada por el viento solar. Además, las lunas, especialmente Io, también son fuentes poderosas de auroras. Estas surgen de corrientes eléctricas a lo largo de las líneas de campo ("corrientes alineadas con el campo"), generadas por un mecanismo de dinamo debido al movimiento relativo entre el planeta en rotación y la luna en movimiento. Io, que tiene vulcanismo activo e ionosfera, es una fuente particularmente fuerte, y sus corrientes también generan emisiones de radio, que se han estudiado desde 1955. Utilizando el Telescopio Espacial Hubble, se han observado auroras sobre Io, Europa y Ganímedes.

También se han observado auroras en Venus y Marte . Venus no tiene campo magnético, por lo que las auroras venusinas aparecen como manchas brillantes y difusas de forma e intensidad variables, a veces distribuidas por todo el disco del planeta. ^{[ 88 ]} Una aurora venusina se origina cuando los electrones del viento solar chocan con la atmósfera del lado nocturno.

El 14 de agosto de 2004, el instrumento SPICAM a bordo de la sonda Mars Express detectó una aurora en Marte . La aurora se localizó en Terra Cimmeria , en la región comprendida entre los 177° este y los 52° sur. La región de emisión tenía un tamaño aproximado de 30  km de ancho y posiblemente unos 8  km de alto. Al analizar un mapa de anomalías magnéticas de la corteza, elaborado con datos del Mars Global Surveyor , los científicos observaron que la región de las emisiones correspondía a un área donde se localiza el campo magnético más intenso. Esta correlación indicaba que el origen de la emisión de luz era un flujo de electrones que se desplazaban a lo largo de las líneas magnéticas de la corteza, excitando la atmósfera superior de Marte. ^{[ 87 ] [ 89 ]}

Las misiones Mariner 10 y MESSENGER han observado auroras de rayos X en Mercurio , ^{[ 90 ]} sin embargo, debido a la increíblemente delgada exosfera de Mercurio , estas emisiones ocurren en su superficie, en lugar de en su atmósfera. En 2023, la misión BepiColombo observó ondas electromagnéticas que se generaban a menos de 1200 km de la superficie de Mercurio, dispersando electrones que se cree que generan la aurora de rayos X. ^{[ 91 ]}

Entre 2014 y 2016, se observaron auroras cometarias en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko mediante múltiples instrumentos a bordo de la sonda Rosetta . ^{[ 92 ]} Las auroras se observaron en longitudes de onda ultravioleta lejanas. Las observaciones de la coma revelaron emisiones atómicas de hidrógeno y oxígeno causadas por la fotodisociación (no fotoionización , como en las auroras terrestres) de moléculas de agua en la coma del cometa. La interacción de electrones acelerados del viento solar con partículas de gas en la coma es la responsable de la aurora. Dado que el cometa 67P no tiene campo magnético, la aurora se extiende difusamente alrededor del cometa. ^{[ 93 ]}

Se ha sugerido que los exoplanetas , como los Júpiter calientes , experimentan ionización en sus atmósferas superiores y generan una aurora modificada por el clima en sus troposferas turbulentas . ^{[ 94 ]} Sin embargo, actualmente no se ha detectado ninguna aurora de exoplaneta.

Las primeras auroras extrasolares fueron descubiertas en julio de 2015 sobre la estrella enana marrón LSR J1835+3259 . ^{[ 95 ]} Se descubrió que la aurora, predominantemente roja, era un millón de veces más brillante que la aurora boreal, como resultado de la interacción de partículas cargadas con el hidrógeno en la atmósfera. Se ha especulado que los vientos estelares podrían estar desprendiendo material de la superficie de la enana marrón para producir sus propios electrones. Otra posible explicación para las auroras es que un cuerpo aún no detectado alrededor de la estrella enana esté emitiendo material, como ocurre con Júpiter y su luna Io. ^{[ 96 ]}

El descubrimiento en 2017 de un diario japonés de 1770 que describe auroras boreales sobre la antigua capital japonesa de Kioto sugirió que la tormenta pudo haber sido un 7 % mayor que el Evento Carrington , que afectó a las redes telegráficas. ^{[ 97 ] [ 98 ]}

Se cree que las auroras que resultaron del Evento Carrington, tanto el 28 de agosto como el 2 de septiembre de 1859, fueron las más espectaculares de la historia reciente. En un artículo para la Royal Society el 21 de noviembre de 1861, Balfour Stewart describió ambos eventos aurorales, documentados por un magnetógrafo autorregistrador en el Observatorio de Kew , y estableció la conexión entre la tormenta auroral del 2 de septiembre de 1859 y el evento de llamarada Carrington -Hodgson cuando observó que "no es imposible suponer que en este caso nuestro astro fue capturado en el acto ". ^{[ 99 ]} El segundo evento auroral, que ocurrió el 2 de septiembre de 1859, fue resultado de la eyección de masa coronal (invisible) asociada con la erupción solar de luz blanca Carrington-Hodgson excepcionalmente intensa del 1 de septiembre de 1859. Este evento produjo auroras tan generalizadas y extraordinariamente brillantes que fueron vistas y reportadas en mediciones científicas publicadas, diarios de a bordo y periódicos en todo Estados Unidos, Europa, Japón y Australia. El New York Times informó que en Boston , el viernes 2 de septiembre de 1859, la aurora era "tan brillante que alrededor de la una en punto se podía leer la letra impresa ordinaria a la luz". ^{[ 100 ]} La una en punto hora EST del viernes 2 de septiembre habría sido las 6:00 GMT; el magnetógrafo autorregistrador del Observatorio de Kew estaba registrando la tormenta geomagnética , que entonces tenía una hora de antigüedad, en su máxima intensidad. Entre 1859 y 1862, Elias Loomis publicó una serie de nueve artículos sobre la Gran Exposición Auroral de 1859 en el American Journal of Science, donde recopiló informes de todo el mundo sobre el evento auroral. ^{[ 15 ]}

Se cree que esa aurora fue producida por una de las eyecciones de masa coronal más intensas de la historia. También es notable porque es la primera vez que los fenómenos de la actividad auroral y la electricidad se vincularon inequívocamente. Esta comprensión fue posible no solo gracias a las mediciones científicas de magnetómetros de la época, sino también como resultado de que una parte significativa de las 125 000 millas (201 000 km) de líneas telegráficas en servicio se vieron significativamente interrumpidas durante muchas horas a lo largo de la tormenta. Sin embargo, algunas líneas telegráficas parecen haber tenido la longitud y orientación adecuadas para producir una corriente inducida geomagnéticamente suficiente a partir del campo electromagnético que permitió la comunicación continua con las fuentes de alimentación de los operadores de telégrafo apagadas. ^{[ 101 ]} La siguiente conversación tuvo lugar entre dos operadores de la American Telegraph Line entre Boston y Portland, Maine , la noche del 2 de septiembre de 1859 y fue reportada en el Boston Traveller : 

Operador de Boston (al operador de Portland): "Por favor, desconecte completamente la batería [fuente de alimentación] durante quince minutos." Operador de Portland: "Lo haré. Ya está desconectada." Boston: "La mía está desconectada y estamos trabajando con la corriente auroral. ¿Cómo recibe mi mensaje?" Portland: "Mejor que con las baterías encendidas. La corriente va y viene gradualmente." Boston: "A veces mi corriente es muy fuerte y podemos trabajar mejor sin las baterías, ya que la aurora parece neutralizar y aumentar nuestras baterías alternativamente, lo que hace que la corriente sea demasiado fuerte a veces para nuestros imanes de relé. Supongamos que trabajamos sin baterías mientras nos afecta este problema." Portland: "Muy bien. ¿Puedo continuar con lo que tengo que hacer?" Boston: "Sí. Adelante."

La conversación se prolongó durante aproximadamente dos horas sin utilizar ninguna batería , funcionando únicamente con la corriente inducida por la aurora, y se dijo que esta era la primera vez registrada que se transmitían más de una o dos palabras de esa manera. ^{[ 100 ]} Estos sucesos llevaron a la conclusión general de que

El efecto de la aurora boreal sobre el telégrafo eléctrico suele ser aumentar o disminuir la corriente eléctrica generada al accionar los cables. A veces los neutraliza por completo, de modo que, en efecto, no se detecta ninguna corriente en ellos. La aurora boreal parece estar compuesta de una masa de materia eléctrica, similar en todos los aspectos a la generada por la batería galvánica. Las corrientes que emanan de ella varían al llegar a los cables y luego desaparecen: la masa de la aurora se desplaza desde el horizonte hasta el cenit. ^{[ 102 ]}

En mayo de 2024, una serie de tormentas solares provocaron que la aurora boreal se observara desde tan al sur como Ferdows , Irán . ^{[ 103 ] [ 104 ] [ 105 ]}

El registro más antiguo que se puede datar de una aurora fue registrado en los Anales de Bambú , una crónica histórica de la historia de la antigua China, en 977 o 957 a. C. ^{[ 106 ]} Una aurora fue descrita por el explorador griego Piteas en el siglo IV a. C. ^{[ 107 ]} Séneca escribió sobre las auroras en el primer libro de sus Naturales Quaestiones , clasificándolas, por ejemplo, como pithaei ('con forma de barril'); chasmata ('abismo'); pogoniae ('barbudas'); cyparissae ('con forma de ciprés '); y describiendo sus múltiples colores. Escribió sobre si estaban por encima o por debajo de las nubes y recordó que bajo Tiberio , se formó una aurora sobre la ciudad portuaria de Ostia que era tan intensa y roja que una cohorte del ejército, estacionada cerca para tareas de extinción de incendios, galopó al rescate. ^{[ 108 ]} Se ha sugerido que Plinio el Viejo representó la aurora boreal en su Historia Natural cuando se refiere a trabes , chasma , "llamas rojas que caen" y "luz del día en la noche". ^{[ 109 ]}

La representación más antigua de la aurora boreal podría encontrarse en pinturas rupestres de Cro-Magnon del norte de España, que datan del 30.000 a. C. ^{[ 110 ]}

El registro escrito más antiguo conocido de la aurora invernal se encuentra en una leyenda china escrita alrededor del 2600 a. C.; una aurora otoñal se registra siglos después, alrededor del 2000 a. C. ^{[ 111 ]}

En el folclore japonés , los faisanes eran considerados mensajeros del cielo. Sin embargo, investigadores de la Universidad de Estudios Avanzados de Japón y del Instituto Nacional de Investigación Polar afirmaron en marzo de 2020 que las "colas de faisán rojas" observadas en el cielo nocturno de Japón en el año 620 d. C. podrían haber sido, en realidad, una aurora roja producida durante una tormenta magnética. ^{[ 112 ]}

En las tradiciones de los aborígenes australianos , la aurora austral se asocia comúnmente con el fuego. Por ejemplo, el pueblo Gunditjmara del oeste de Victoria llamaba a las auroras puae buae ('cenizas'), mientras que el pueblo Gunai del este de Victoria las percibía como incendios forestales en el mundo espiritual. El pueblo Dieri del sur de Australia dice que una aurora es kootchee , un espíritu maligno que crea un gran fuego. De manera similar, el pueblo Ngarrindjeri del sur de Australia se refiere a las auroras vistas sobre la Isla Canguro como las fogatas de los espíritus en la 'Tierra de los Muertos'. Las comunidades Dieri y Ngarrindjeri del suroeste de Queensland creen que las auroras son los fuegos de Oola Pikka , espíritus fantasmales que hablaban con la gente a través de las auroras. La ley sagrada prohibía a cualquiera, excepto a los ancianos varones, observar o interpretar los mensajes de los ancestros que creían que se transmitían a través de una aurora. ^{[ 113 ] [ 114 ]}

Entre el pueblo maorí de Nueva Zelanda , la aurora australis o Tahunui-a-rangi ("grandes antorchas en el cielo") era encendida por ancestros que navegaban hacia el sur a una "tierra de hielo" (o sus descendientes); ^{[ 115 ] [ 116 ]} se decía que estas personas eran la expedición de Ui-te-Rangiora que había llegado al Océano Austral . ^{[ 115 ]} alrededor del siglo VII. ^{[ 117 ]}

En Escandinavia, la primera mención de norðrljós (la aurora boreal) se encuentra en la crónica noruega Konungs Skuggsjá del año 1230 d. C. El cronista había oído hablar de este fenómeno por parte de compatriotas que regresaban de Groenlandia y ofrece tres posibles explicaciones: que el océano estaba rodeado de vastos fuegos; que las erupciones solares podían alcanzar el lado nocturno del mundo; o que los glaciares podían almacenar energía de tal manera que eventualmente se volvían fluorescentes . ^{[ 118 ]}

Walter William Bryant escribió en su libro Kepler (1920) que Tycho Brahe "parece haber sido una especie de homeópata , pues recomienda el azufre para curar enfermedades infecciosas 'provocadas por los vapores sulfurosos de la Aurora Boreal ' " . ^{[ 119 ]}

En 1778, Benjamin Franklin teorizó en su artículo Aurora Borealis, Suposiciones y Conjeturas para formular una Hipótesis para su Explicación que una aurora era causada por una concentración de carga eléctrica en las regiones polares intensificada por la nieve y la humedad en el aire: ^{[ 120 ] [ 121 ] [ 122 ]}

¿Acaso la gran cantidad de electricidad que las nubes traen a las regiones polares, donde se condensan y caen en la nieve, no podría entrar en la tierra pero no penetrar el hielo? ¿No podría, digo (como una botella sobrecargada), atravesar esa atmósfera baja y desplazarse por el vacío del aire hacia el ecuador, divergiendo a medida que aumentan los grados de longitud, siendo claramente visible donde es más densa y volviéndose menos visible a medida que diverge más, hasta encontrar un paso hacia la tierra en climas más templados o mezclarse con el aire superior?

Las observaciones del movimiento rítmico de las agujas de las brújulas debido a la influencia de una aurora boreal fueron confirmadas en la ciudad sueca de Uppsala por Anders Celsius y Olof Hiorter . En 1741, Hiorter logró vincular una gran fluctuación magnética con la observación de una aurora boreal. Esta evidencia contribuyó a respaldar su teoría de que las "tormentas magnéticas" son responsables de dichas fluctuaciones de la brújula. ^{[ 123 ]}

Diversos mitos nativos americanos rodean este espectáculo. El explorador europeo Samuel Hearne viajó con los Chipewyan Dene en 1771 y registró sus observaciones sobre el ed-thin ('caribú'). Según Hearne, el pueblo Dene percibía una semejanza entre una aurora boreal y las chispas que se producen al acariciar el pelaje del caribú . Creían que las luces eran los espíritus de sus amigos difuntos danzando en el cielo, y que cuando brillaban intensamente significaba que sus amigos fallecidos estaban muy felices. ^{[ 124 ]}

Durante la noche posterior a la batalla de Fredericksburg , se avistó una aurora boreal desde el campo de batalla. El Ejército Confederado la interpretó como una señal de que Dios estaba de su lado, ya que rara vez se veían luces tan al sur. La pintura Aurora Boreal de Frederic Edwin Church se interpreta ampliamente como una representación del conflicto de la Guerra Civil Estadounidense . ^{[ 125 ]}

Una fuente británica de mediados del siglo XIX afirma que las auroras boreales eran un fenómeno raro antes del siglo XVIII. ^{[ 126 ]} Cita a Halley diciendo que antes de la aurora de 1716, no se había registrado ningún fenómeno de este tipo en más de 80 años, y ninguno de importancia desde 1574. Dice que no se registra ninguna aparición en las Transacciones de la Academia Francesa de Ciencias entre 1666 y 1716; y que una aurora registrada en la Miscelánea de Berlín de 1797 fue calificada como un evento muy raro. Se afirmó que una observada en 1723 en Bolonia fue la primera jamás vista allí. Celsius (1733) afirma que los residentes más antiguos de Uppsala consideraban el fenómeno una gran rareza antes de 1716. El período entre aproximadamente 1645 y 1715 corresponde al mínimo de Maunder en la actividad de manchas solares.

En el poema satírico de Robert W. Service , " La balada de las auroras boreales " (1908), un buscador de oro del Yukón descubre que la aurora boreal es el resplandor de una mina de radio . Registra su concesión minera y luego va al pueblo en busca de inversores.

A principios del siglo XX, el científico noruego Kristian Birkeland desarrolló una teoría fundamental para la comprensión actual del geomagnetismo y las auroras polares.

En la mitología sami , las auroras boreales son causadas por los difuntos que, al morir desangrados, se cortan y su sangre se derrama en el cielo. Muchos pueblos aborígenes del norte de Eurasia y América del Norte comparten creencias similares sobre las auroras boreales como la sangre de los difuntos; algunos creen que son causadas por la sangre de guerreros muertos que salpica el cielo mientras juegan, montan a caballo o se divierten de alguna otra manera. ^{[ 127 ]}

Aurora apareció en un episodio de Los Simpson de 1996 en el que el personaje del director Skinner invitó al superintendente Chalmers a almorzar. Cuando la cocina de Skinner se incendia, Chalmers dice: "¡Dios mío, ¿qué está pasando ahí dentro?!" ^{[ 128 ]} Cuando Skinner responde: "Aurora boreal", Chalmers dice una frase que ha sido referenciada en varios memes: ^{[ 129 ]} "¿Aurora boreal? ¿En esta época del año, a esta hora del día, en esta parte del país, localizada completamente dentro de tu cocina?" Varias publicaciones en redes sociales que mostraban imágenes de las auroras boreales incluían versiones de la frase de Chalmers. ^{[ 130 ]}

• Resplandor atmosférico : débil emisión de luz por una atmósfera planetaria. 
• Aurora (heráldica) – Carga heráldica 
• Heliofísica – Ciencia de la heliosfera 
• Lista de tormentas solares
• Ley de Paschen : Ley física sobre la descarga eléctrica en gases. 
• Tornado espacial – Tormenta de viento solar 
• Clima espacial : rama de la física espacial y la aeronomía. 

• Procter, Henry Richardson (1878). "Aurora Polaris"  . Encyclopædia Britannica . Vol.  III (9.ª  ed.). pp. 90–99 . 
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• Mapa global actual que muestra la probabilidad de auroras boreales visibles.
• Aurora – Pronóstico (archivado el 24 de noviembre de 2016)
• Pronóstico oficial de auroras boreales del MET en Islandia
• Aurora Boreal – Predicción Archivado el 25 de noviembre de 2016 en Wayback Machine
• Datos solares terrestres – Convertidor en línea – Latitud de las auroras boreales
• Servicio Aurora Europa – Pronósticos de auroras boreales para Europa (archivado el 11 de marzo de 2019)
• Transmisión en vivo de la aurora boreal
• La mejor aurora boreal del mundo : los Territorios del Noroeste son la meca mundial de las auroras boreales.