Dr. Jorge A. Amador, investigador del Centro de Investigaciones Geofísicas (Cigefi) y profesor de la Escuela de Física de la UCR

Uno de los procesos físicos más espectaculares que se registran en las atmósferas de algunos planetas del Sistema Solar son las auroras, que tiñen de colores el cielo. En nuestro planeta se pueden observar principalmente cerca de las zonas polares, pero a mediados de este mes de mayo del 2024 fue posible observar este maravilloso fenómeno en zonas cercanas al trópico como el sur de los Estados Unidos, el norte de México y hasta en Puerto Rico, lo cual en los últimos casi cuatro siglos ha sucedido solo en 25 ocasiones.

Para que estas maravillosas manifestaciones de color se produzcan en la Tierra, deben estar presentes algunas condiciones físicas especiales.

El Sol y las auroras

Por un lado, se conoce que el Sol juega un papel dominante en el proceso de generación de auroras, ya que es una estrella muy activa, de gas y átomos ionizados que presenta importantes cambios temporales en su actividad y en la emisión de radiación y plasma.

Cuando la corona solar emite un flujo de plasma (conocidos como Expulsiones de Masa Coronal, EMC), ese chorro de iones positivos y electrones libres van acompañados por un campo magnético especial. El flujo de plasma de las EMC es muy variable, así como las velocidades a las que se emiten, pues éstas pueden variar entre 250 - 3000 km/s, aproximadamente, lo que implica que pueden durar varias horas o días en llegar a la termosfera terrestre.

Las mediciones sobre tamaño, velocidad y la dirección de estas emisiones se obtienen por medio de satélites orbitales coronales operados por instituciones internacionales de investigación como el Centro de Predicción del Clima Espacial (SWPC por sus siglas de Space Weather Prediction Center)  del Servicio Meteorológico Nacional de Estados Unidos .

Alerta roja de aurora para el 11 de mayo del 2024 a las 01.33 TCU (Tiempo Coordinado Universal). Las barras rojas y verdes indican la intensidad de la perturbación geomagnética en nT (nanoteslas). Imagen: AuroraWatch UK

Datos tomados por satélites, como el Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO por sus siglas de Solar and Heliospheric Observatory), que lleva el Coronógrafo Espectrométrico y de Gran Ángulo (LASCO por sus siglas de Large Angle and Spectrometric Coronagraph), permiten inferir las propiedades de las EMC y proveen información para su potencial arribo a la Tierra. El LASCO está situado a unos 1.5 millones de km en una posición “de parqueo”, donde las fuerzas gravitacionales y centrípetas actuantes se equilibran. Esa posición es uno de los denominados puntos de Lagrange (L1), en honor al físico italofrancés, Joseph-Louis Lagrange (1736-1813), aunque Leonhard Euler (1713-1783), también trabajó en ese problema.

Campo magnético

Otro elemento indispensable para la formación de auroras es la existencia de un campo magnético (como el de la Tierra), el cual es generado por el movimiento convectivo de partículas cargadas de hierro y níquel fundidas en su núcleo. El Sol también presenta otros tipos de actividad, entre ellas, las “erupciones solares”, que son emisiones de radiación electromagnética (rayos X) muy intensas y localizadas que tardan unos 8 minutos en llegar a la Tierra y que afectan principalmente las comunicaciones de radio frecuencias.

Sin embargo, el Sol presenta otro tipo de actividad, los denominados ciclos solares o ciclos de manchas (perturbaciones asociadas al campo magnético solar). Son periodos de 11 años que marcan los mínimos y máximos de la actividad magnética solar, en que el campo magnético del Sol se modifica substancialmente, ya que los polos norte y sur del Sol se intercambian.

Durante un máximo (mínimo) solar se presenta una mayor (menor) número de manchas solares y las EMC en el máximo suelen ser muy intensas. La progresión del ciclo solar a través de los años se puede ver en la página del SWPC.

Cuando una tormenta solar se acerca a la Tierra, parte de la energía y pequeñas partículas pueden viajar por las líneas de campo magnético cerca de los polos norte y sur en la atmósfera de la Tierra, donde interactúan con los gases en la termosfera y la mesosfera. Estas condiciones son conocidas como de tormenta geomagnética.

Ese viento solar (CMEs) “choca” especialmente con las moléculas de oxígeno y nitrógeno en las zonas polares, las excitan, produciendo especies de cintas ondulantes brillantes de luz de colores (el color depende de la altitud y la concentración relativa de gases). El oxígeno produce los tonos verdes y amarillos y el nitrógeno genera los tonos azules y en ocasiones el púrpura y el rojo.

Pronóstico del modelo OVATION de la probabilidad de aurora para el 11 de mayo del 2024, a las 02.08 TCU (Tiempo Coordinado Universal). Imagen: Space Weather Prediction Center.

Cazando auroras

Se han desarrollado varios modelos (especialmente empíricos) para el pronóstico de auroras, entre ellos el OVATION del mencionado Centro que permite anticipar la probabilidad de generación y avistamiento de auroras con unos 30 a 60 minutos de anticipación, lo que facilita, vía sitios web de algunas instituciones, tener acceso a esa información y observar las auroras, mediante cámaras instaladas en algunos sitios propicios. Tal es el caso de AuroraWatch UK.

Históricamente, se han registrado intensas tormentas magnéticas como la del llamado Evento Carrington de 1859, el cual, de acuerdo con documentación del momento, fue observado en los trópicos cerca de La Habana, Ciudad de Panamá y norte de Colombia, entre otros sitios en latitudes medias.

Hace pocos días, este mes de mayo del 2024, precisamente en unos de esos ciclos solares (el vigésimo quinto a partir de 1755), la Tierra experimentó una de esas intensas tormentas geomagnéticas, dando lugar a una portentosa manifestación de colores en la atmósfera, visible en latitudes polares y en regiones tropicales como Puerto Rico.

Espectadores de esas latitudes se deleitaron observando el fenómeno y captando imágenes de esta tormenta.

Aurora observada el 11 de mayo del 2024 a las 00.44 TL (Tiempo Local) en Tanaka, Otawa, Canadá. Foto: cortesía de Dayanna Arce Fernández.

Una versión ampliada de este tema de las auroras polares fue presentada en el Centro de Investigaciones Geofísicas (Cigefi-UCR) el 10 de marzo, en la Conversación Inaugural del I Ciclo 2024: “Auroras Terrestres” con alumnos de primer y segundo año de las carreras de Meteorología y Física.

Durante la charla se explicaron los admirables procesos físicos que originan este extraordinario fenómeno en algunos planetas del Sistema Solar y en especial en nuestro planeta. Asimismo se habló de las nuevas herramientas tecnológicas que permiten estudiar esos procesos y de los modelos científicos creados para pronosticar la aparición de las auroras y facilitar su contemplación por medio dispositivos conectados a Internet. Aquí se puede ver la presentación con figuras ilustrativas.

Aurora observada el 11 de mayo del 2024 a las 00.56 TL (Tiempo Local), en Boxted, Essex, Reino Unido. Foto: cortesía de Lizzy Lingard