Auroras: Desvelando los Secretos de su Deslumbrante Paleta de Colores en el Cielo Nocturno

Las auroras, conocidas como las luces del norte (boreales) y luces del sur (australes), son sin duda uno de los fenómenos naturales más espectaculares que se pueden observar en nuestro planeta. Si tienes la fortuna de estar en el lugar y momento adecuados, serás testigo de cortinas de luz vibrantes que danzan y se agitan en el cielo nocturno. Habitualmente, el color predominante que se observa es el verde, pero en ocasiones especiales, las auroras nos regalan tonalidades rojas o azules. Y, si la suerte te acompaña, podrías incluso vislumbrar destellos amarillos o rosas. Este baile cromático, más allá de su belleza, es el resultado de complejas interacciones entre el Sol y nuestra atmósfera.Para comprender la variedad de colores que adornan las auroras, es fundamental entender el mecanismo básico de su formación. Todo comienza en nuestro Sol. Además de luz y calor, el Sol emite un flujo constante de partículas de alta energía (principalmente núcleos de hidrógeno y helio despojados de sus electrones), conocido como viento solar. La mayor parte de este viento solar que se aproxima a la Tierra es desviado por nuestra magnetosfera, un campo magnético protector. Sin embargo, una porción de estas partículas es canalizada hacia los polos terrestres, donde interactúan con la atmósfera. Es precisamente esta interacción entre las partículas cargadas del viento solar y los gases presentes en la atmósfera terrestre lo que da origen al resplandor luminoso de una aurora. Cuando estas partículas colisionan con átomos de nitrógeno y oxígeno en la atmósfera, transfieren una parte de su energía a estos átomos, elevando sus electrones a un nivel energético superior. Cuando estos electrones, de forma inevitable, regresan a su estado fundamental (o de menor energía), los átomos emiten un fotón de luz. La emisión masiva de estos fotones es lo que percibimos como una aurora.

¿Por qué las auroras boreales y australes son verdes?

A simple vista, el color más común de las auroras es el verde, en parte porque nuestros ojos están particularmente adaptados para percibir esta tonalidad, lo que facilita su distinción en condiciones de poca luz. La principal fuente de la luz verde en las auroras es el oxígeno atómico (a diferencia del oxígeno molecular que respiramos). Esta emisión lumínica se produce únicamente por encima de una altitud determinada, generalmente alrededor de los 100 kilómetros (aproximadamente 60 millas) de altura. Esto se debe a que, cuando el oxígeno atómico es excitado por una partícula de alta energía, no libera su energía de inmediato. A diferencia de otros gases, como el sodio o el neón, que regresan a su estado fundamental en millonésimas de segundo, el oxígeno atómico tarda aproximadamente tres cuartos de segundo en “calmarse” después de ser excitado. Si durante este lapso, el átomo de oxígeno excitado colisiona o reacciona químicamente con otros elementos, podría disipar esa energía antes de tener la oportunidad de liberarla como un fotón. Este fenómeno ocurre con mayor frecuencia a altitudes más bajas, donde la creciente densidad de la atmósfera incrementa las oportunidades para estas interacciones, impidiendo que el oxígeno tenga el tiempo necesario para emitir su característico brillo verde. Por esta razón, el color verde en las auroras tiende a tener un límite inferior bien definido.

¿Cómo se forman las auroras rojas?

Las auroras rojas pueden formarse tanto por encima como por debajo de las bandas verdes más comunes, y el origen de su color rojo depende de su altitud. Por encima de las bandas verdes (a más de 240 kilómetros o 150 millas de altura), la fuente de la emisión roja es, nuevamente, el oxígeno. A estas alturas, las colisiones con otras partículas atmosféricas son menos frecuentes que en las capas más densas de la atmósfera. Esto permite que el oxígeno tenga más tiempo para “recuperarse” después de emitir un fotón verde. Aún hay energía ligada a los electrones excitados de estos átomos de oxígeno y, siempre que no colisionen con otros átomos o moléculas atmosféricas, después de un par de minutos pueden emitir una nueva ráfaga de luz roja y finalmente regresar a su estado fundamental. El color rojo que ocasionalmente se observa justo debajo de las auroras verdes proviene del nitrógeno molecular y tiende a ser ligeramente violáceo o púrpura. Este halo rojo inferior de las auroras es poco común porque solo las partículas solares más energéticas pueden penetrar por debajo de los 100 kilómetros (60 millas), donde el nitrógeno es más abundante que el oxígeno. Ocasionalmente, durante tormentas solares intensas, las auroras rojas pueden ser avistadas mucho más allá de los círculos polares, donde suelen observarse la mayoría de las auroras. Esto sucede cuando hay una gran ráfaga de partículas solares, como una eyección de masa coronal, que impacta con átomos de oxígeno a unos 320 kilómetros (200 millas) de altura en la atmósfera. El enorme volumen de partículas de alta energía asegura que se emita mucha luz, y el hecho de que ocurra a tan elevada altitud permite que sea visible desde distancias considerables.

¿Qué causa las auroras azules, púrpuras, rosas y amarillas?

La luz azul o púrpura de una aurora puede provenir de tres diferentes fuentes moleculares, siendo la más prominente el nitrógeno molecular ionizado. El nitrógeno ionizado generalmente brilla en azul alrededor de los 100 kilómetros (60 millas) de altura y es visible únicamente durante periodos de actividad solar intensa. Dado que el nitrógeno ionizado y el no ionizado coexisten en la misma región general, sus colores pueden mezclarse, produciendo tonalidades que van desde el rojo y el magenta hasta el azul y el púrpura. Los tonos azules y púrpuras también pueden ser generados por el hidrógeno y el helio a grandes alturas en la atmósfera (por encima de los 290 kilómetros o 180 millas). Debido a la escasez de gases a esta altitud, estos colores son difíciles de percibir y suelen aparecer solo bajo cielos muy oscuros y durante una actividad solar particularmente vigorosa. Las auroras amarillas surgen de la misma mezcla de colores que las auroras rosas o magenta. En este caso, se trata del brillo rojo del nitrógeno molecular no ionizado que se mezcla con el verde del oxígeno. Este fenómeno es poco común por dos razones: la primera es la condición meteorológica solar única requerida para activar las emisiones de nitrógeno a baja altitud, y la segunda es la mezcla de ese nitrógeno de baja altitud con el oxígeno ligeramente más alto. La paleta de colores que nos ofrecen las auroras es un recordatorio constante de la fascinante física que opera en los confines de nuestra atmósfera.

¿De qué color son las auroras en otros planetas?

La Tierra no es el único cuerpo celeste en el sistema solar que alberga el fenómeno de las auroras. De hecho, se han observado auroras en todos los planetas, a excepción de Mercurio, que carece de la atmósfera necesaria para la interacción con el viento solar. Curiosamente, a pesar de no poseer una magnetosfera planetaria como la Tierra, se han registrado auroras tanto en Venus como en Marte. Mientras que la magnetosfera terrestre dirige y concentra las partículas solares entrantes hacia las regiones polares, en Venus y Marte las auroras pueden manifestarse en cualquier lugar que reciba un bombardeo suficiente de partículas solares. Todos los planetas gigantes gaseosos exhiben auroras que emiten luz ultravioleta. Las auroras de Júpiter son tan intensas que ¡incluso emiten rayos X! Las auroras de Saturno emiten algo de luz visible y se verían rojas si pudieras sobrevolarlas, mientras que Urano también presenta auroras en el espectro infrarrojo, y Neptuno produce auroras que emiten ondas de radio. Más allá de los planetas, se ha descubierto que cinco lunas también tienen auroras. Las cuatro lunas galileanas de Júpiter muestran auroras visibles, todas las cuales incluyen luz roja basada en oxígeno, pero Ío también presenta emisiones naranjas de sodio atmosférico. La luna de Neptuno, Tritón, también parece tener una aurora, pero debido a su lejanía, se sabe poco sobre ella. Este panorama interplanetario de las auroras subraya que este espectacular fenómeno es una manifestación universal de la interacción entre las estrellas y las atmósferas planetarias.