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Como funcionam as luzes das auroras e porque elas tem cores diferentes

As auroras funcionam de modo muito similar às lâmpadas fluorescentes. Ainda que por princípios diferentes, basicamente elétrons carregados em alta tensão colidem com átomos de gases conhecidos, provocando a liberação de energia excedente em forma de luz.

Nas auroras, as partículas de vento solar carregadas de elétrons que ultrapassam a magnetosfera atingem a alta atmosfera terrestre que está carregada de gases. Ao encontrar nesta camada os gases predominantes nitrogênio (78%…79%) e oxigênio (19%), os elétrons do vento solar se colidem com os átomos destes gases, os excitando ou os ionizando e criando uma energia excedente que é liberada sob a forma de luz visível.

Mais uma vez como nas lâmpadas fluorescentes a cor da aurora boreal é dependente do comprimento da onda de luz, e este comprimento dependerá do gás que está sendo excitado ou ionizado como veremos a seguir. Podemos observar que lâmpadas de diferentes gases reproduzem espectros diferentes de cores. O azul do xenônio excitado está em uma frequência muito mais alta que, por exemplo, o vermelho do neônio, então o mesmo pode-se esperar sobre o nitrogênio e o oxigênio que possuem seus átomos excitados e ionizados pela colisão com os elementos do vento solar na alta atmosfera.

Fonte: Universidade do Alaska. Fairbanks
Fonte: Universidade do Alaska. Fairbanks

Se pensarmos nas auroras como cortinas, podemos dizer que a bainha, a parte inferior, geralmente está a 100 km de altitude, enquanto a parte superior pode atingir quase 500km e isso também faz com que haja alterações nas cores, ainda que a troca de energia ocorra no mesmo gás. O oxigênio, por exemplo, tanto em alta quanto em baixa altitude assume diferentes cores através de sua excitação, enquanto o nitrogênio também assume diferentes cores pelo processo de ionização e de excitação.

Oxigênio

  • O oxigênio que é excitado em baixa altitude (até 240km) resulta em uma cor verde, bem luminosa, com um espectro que por vezes assume um tom amarelado, como uma caneta marca texto.
  • O oxigênio excitado em alta altitude (acima de 240km) resulta em na cor vermelha.

Nitrogênio

O Nitrogênio pode ser energizado de dois modos diferentes. Ele pode ser excitado ou ionizado.

  • Quando é excitado ele absorve a energia dos elétrons e libera este energia na cor vermelha, isso geralmente ocorre acima de 100km.
  • Quando é ionizado ele perde elétrons, e quando recupera o equilíbrio libera a energia excedente com a cor azulada o que ocorre geralmente abaixo de 100km.
Fonte: Universidade do Alaska. Fairbanks
Fonte: Universidade do Alaska. Fairbanks

Mas ainda assim é simplório, ainda que não incorreto, tratar as cores resultantes desta maneira. Para ter uma ideia, apesar do verde ser a cor predominante nas visualizações de aurora boreal e austral, a maior parte da energia da cortina da aurora resulta na verdade em uma cor vermelha. Mas isso não é visível porque os átomos de oxigênio tem uma reação característica. Quando excitados eles “demoram” 30 vezes mais tempo para liberar energia na forma de luz vermelha do que a luz verde, e algumas vezes a colisão entre moléculas semelhantes trocam energia até que o equilíbrio atômico impeça a emissão de luz.

Fora isso, em altitudes intermediárias, por exemplo, as luzes vermelhas, azul e verde emitidas pelo oxigênio e nitrogênio se combinam para resultar em uma cor branca-verde brilhante, enquanto nas altitudes baixas a densidade das moléculas de oxigênio é muito alta e dificulta excitação, restando ao nitrogênio reproduzir as cores lilás resultantes da excitação e ionização do nitrogênio.

Uma curiosidade: Quando observamos auroras de dentro de cabines de avião somos induzidos a acreditar que o avião sobrevoa as auroras, no entanto isso é apenas seu cérebro sendo enganado através da ilusão de ótica. As partes inferiores das cortinas de aurora estão geralmente a quase 100km de altitude, enquanto grandes aviões comerciais estão a 35000 pés, 10 km.

Fonte: Universidade do Alaska. Fairbanks
Fonte: Universidade do Alaska. Fairbanks

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Escrito por Fellipe Moço

Fellipe Moço é um apaixonado pela fotografia de destinos “exóticos”, sempre buscando fugir da lógica racional e turística, extraindo a mais pura beleza que a globalização ainda não absorveu. É proprietário da empresa Fora de Foco e realizador de expedições fotográficas pelo mundo.

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