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Quizás te hayas topado alguna vez con la fotografía de una aurora boreal o, incluso, has tenido la suerte de ver este espectacular fenómeno luminoso atmosférico de primera mano. ¿Te has preguntado alguna vez cómo se produce?

Las auroras se originan cuando partículas de viento solar cargadas eléctricamente (principalmente protones y electrones) interaccionan con la atmósfera de nuestro planeta. Estas partículas son desviadas por el campo magnético de la Tierra hacia las regiones polares, donde se produce dicha interacción.

El fenómeno se intensifica durante eventos de reconexión magnética, que ocurren cuando el campo magnético interplanetario, que viaja con el viento solar, se orienta en sentido opuesto al campo magnético terrestre.

Las partículas cargadas altamente energéticas, especialmente, los electrones, siguen trayectorias helicoidales a lo largo de las líneas del campo magnético resultante de la interacción entre el campo magnético interplanetario y el terrestre. En su recorrido, colisionan con moléculas y átomos de los gases atmosféricos, principalmente nitrógeno y oxígeno, transfiriéndoles energía y excitándolos.

Emisión de luz y espectro de colores

Cuando los átomos o moléculas excitados se relajan espontáneamente a niveles energéticos inferiores, emiten la diferencia de energía en forma de fotones. Las longitudes de onda de estos fotones varían según los niveles de energía inicial (excitado) y final (relajado), y algunas caen dentro del espectro visible, produciendo los colores característicos de las auroras.

El oxígeno atómico es responsable de las emisiones en verde (557.7 nm) y rojo (630.0 nm), mientras que el nitrógeno molecular produce colores violetas y azules. Es importante notar que el oxígeno molecular y el nitrógeno atómico emiten principalmente fuera del espectro visible.

Distribución vertical de las emisiones

La distribución vertical de las emisiones aurorales está determinada por varios factores:

• La luz verde (557.7 nm) del oxígeno atómico, la más común, se origina a altitudes entre 100-150 km. Esta emisión resulta de una transición desde un estado excitado metaestable (1S) a uno inferior (1D).
• La luz roja (630.0 nm) del oxígeno atómico se produce entre 200 y 300 km de altitud. Esta emisión se debe a la transición desde un estado excitado metaestable (1D) al estado fundamental.
• Las emisiones azules y violetas del nitrógeno molecular ocurren entre 90 y 120 km de altitud.

Su efecto en los sistemas de comunicación y navegación por satélite

Cuando la actividad solar es intensa, como durante una tormenta geomagnética o después de una eyección de masa coronal (CME), una gran cantidad de partículas cargadas pueden penetrar profundamente en la magnetosfera terrestre. Esto puede causar alteraciones en los sistemas de comunicación y navegación por satélite, ya que los electrones de alta energía pueden dañar componentes electrónicos y afectar a la precisión de las señales de navegación (GPS, Galileo, …). Además, el aumento de la densidad de partículas en las capas altas de la atmósfera puede provocar una expansión de la ionosfera y de la exosfera, generando mayor fricción sobre los satélites en órbitas bajas, lo que puede modificar su trayectoria y aumentar el riesgo de pérdida de control o reentrada.

A nivel terrestre, estas tormentas geomagnéticas pueden inducir corrientes eléctricas en las redes de transmisión de electricidad, afectando a transformadores e infraestructuras eléctricas, especialmente a latitudes altas. En casos extremos, como la tormenta solar de 1859 (evento de Carrington), estas corrientes pueden ser suficientemente intensas para provocar apagones masivos. También se pueden generar irregularidades en las transmisiones de radio de onda corta y afectar a los sistemas de navegación que dependen de la ionosfera. Por este motivo, la actividad solar está monitorizada constantemente para evitar daños en infraestructuras críticas.

En resumen, las auroras se manifiestan en un rango de altitud entre 90 y 300 km. Por encima de este rango, la densidad de partículas es insuficiente para generar interacciones significativas. Por debajo, la alta densidad atmosférica provoca que los átomos o moléculas excitadas pierdan su energía por colisiones antes de poder emitir luz, un proceso conocido como desactivación colisional. Se trata de todo un espectáculo de luces natural, causado por la «danza» entre las partículas del Sol y los gases de nuestra atmósfera.

Fotos tomadas por el autor, desde el lago Inari (Finlandia) con cámara Canon R5 sobre mini-trípode; objetivos Canon RF 16mm f/2.8 STM y TTArtisan 11mm Fisheye f/2.8. Exposiciones 2-4 segundos a ISO 1600 – 6400.