A gigantesca aurora uniforme vista do solo na noite de Natal de 2022 foi confirmada como sendo uma aurora de chuva polar. Esta foi a primeira observação terrestre da aurora de chuva polar. Ao contrário da aurora típica que é impulsionada pelos elétrons incidentes armazenados na cauda magnética da magnetosfera da Terra, a aurora da chuva polar é formada por elétrons viajando diretamente da coroa solar para as regiões polares da Terra ao longo de linhas abertas do campo magnético para culminar em “polares”. chuva” precipitação de elétrons que dá origem a emissões ópticas após interação com átomos de oxigênio e nitrogênio na atmosfera.
A história das auroras, os espetáculos de luzes coloridas e deslumbrantes (chamadas Luzes do Norte ou Aurora Boreal na região do Pólo Norte e Luzes do Sul ou Aurora Austral na região do Pólo Sul) começa na camada coronal da atmosfera solar. A temperatura desta camada atmosférica solar é extremamente alta. Enquanto a temperatura do camada fotosfera (que é tratada como superfície do Sol porque é o que podemos observar com a luz) é de cerca de 6000 Kelvin, a temperatura média da coroa está entre 1 a 2 milhões de Kelvin devido ao 'Paradoxo do Aquecimento Coronal'. Essa alta temperatura torna a corona uma camada de plasma superaquecido. O vento solar composto por partículas eletricamente carregadas de alta energia (como elétrons, prótons, partículas alfa e íons pesados) emanam continuamente da camada coronal em todas as direções, inclusive na direção da Terra.
A jornada de saída das partículas energéticas carregadas do Sol até a Terra não é simples e direta. Normalmente, as partículas ionizadas são desviadas pelo campo magnético da Terra (magnetosfera), pelo que as formas de vida e os sistemas eléctricos na Terra permanecem inalterados pelos efeitos nocivos do vento solar.
No entanto, no caso de ejeção maciça de partículas carregadas do Sol, como no caso da Ejeção de Massa Coronal (CMEs), a magnetosfera da Terra fica sobrecarregada e resulta em tempestade magnética. A tempestade estressa a magnetosfera até que ela volte, jogando algumas das partículas carregadas em direção à Terra.
A banda de retração do campo magnético arrasta os elétrons do vento solar para as regiões polares, onde as auroras são observadas 100-300 km acima da superfície na alta atmosfera. A contribuição de prótons e outros íons do vento solar na formação da aurora é insignificante.
Aurora é basicamente emissões ópticas de átomos de oxigênio e nitrogênio excitados por elétrons energéticos que precipitam da magnetosfera ao longo das linhas fechadas do campo magnético da Terra (precipitação energética de elétrons ou EEP refere-se à deposição de energia de elétrons na atmosfera). A interação dos elétrons energéticos com o oxigênio na atmosfera é responsável pelas cores verde e vermelha, enquanto a interação com o nitrogênio leva à produção de tons azuis e vermelhos profundos.
Assim, a formação da aurora é impulsionada pelos elétrons incidentes armazenados na cauda magnética (a região da magnetosfera da Terra que é varrida pelo vento solar em uma vasta cauda na direção oposta ao sol). Os elétrons armazenados na magnetosfera são energizados pela força do vento solar e então precipitam na atmosfera em rajadas nas regiões polares para dar origem à aurora.
Chuva Polar Aurora
No entanto, raramente, as auroras são formadas por electrões que viajam directamente da coroa solar para as regiões polares da Terra ao longo de linhas de campo magnético abertas para culminar na precipitação de electrões da “chuva polar”. Essa precipitação de elétrons é intensa quando a densidade do vento solar é baixa. As emissões ópticas causadas por tais elétrons são fracas e a aurora formada é chamada de “aurora de chuva polar”.
As auroras de chuva polar foram observadas em poucas ocasiões do espaço pelos satélites. No entanto, nenhum caso foi detectado por instalações terrestres.
Em 25th-26th Em dezembro de 2022, uma aurora atípica foi capturada pelas câmeras terrestres na região do Ártico quando o vento solar quase desapareceu. A aurora observada era uniforme e de tamanho gigantesco. Não parecia uma aurora típica. Uma típica aurora da calota polar é um show de luzes coloridas e deslumbrantes que exibe um padrão dinâmico de luzes semelhantes às do arco-íris. Pode aparecer como cortinas, raios, espirais ou como oscilações variáveis. Aurora teta aparece como a letra grega theta (uma forma oval com uma linha cruzando o centro) quando observada de cima por satélites. Theta auroras também são referidas como 'arcos transpolares' devido ao aparecimento de arcos em grande escala quando vistos de cima. 'Arcos alinhados ao sol.' são arcos aurorais pequenos e escuros observados em observatórios terrestres. Uma extremidade dos arcos é direcionada para o Sol, portanto chamada de 'Arcos alinhados ao sol. '
A aurora observada na noite de Natal de 2022 foi suave, difusa e de tamanho gigantesco. Não se parecia com uma aurora típica, por isso foi considerada uma aurora de chuva polar. Para confirmar isso, os pesquisadores investigaram isso usando dados terrestres e de satélite.
As imagens de satélite mostraram que a região da calota polar estava totalmente vazia no início. A calota polar começou a ficar preenchida com uma fraca aurora difusa no dia 25th Dezembro. Posteriormente, quase toda a região da calota polar rapidamente ficou coberta por emissões intensas, mas menos estruturadas. Este preenchimento em grande escala da calota polar por auroras difusas continuou por cerca de 28 horas. A intensa emissão dentro da calota polar começou a diminuir na manhã de 26th Dezembro e em poucas horas, a estrutura da aurora voltou à distribuição normal e a calota polar estava novamente vazia.
A precipitação de elétrons da chuva polar geralmente ocorre em apenas um hemisfério, dependendo da orientação do campo magnético interplanetário (FMI). Imagens simultâneas de satélite mostraram um preenchimento completo da calota polar no Hemisfério Norte, enquanto a calota polar do Hemisfério Sul estava vazia. Esta assimetria inter-hemisférica observada e a orientação esperada do FMI sugeriram fortemente que a aurora em grande escala detectada dentro da calota polar do Hemisfério Norte era uma aurora de chuva polar. A assimetria inter-hemisférica também foi observada nos dados eletrônicos. Além disso, a correlação entre o momento do desaparecimento do vento solar e o do enchimento da calota polar foi muito boa.
As medições ópticas da instalação terrestre na cidade ártica de Longyearbyen em 25th -26th Dezembro mostrou que elétrons de alta energia (>1 keV) formaram o componente primário da precipitação de elétrons. Um influxo de elétrons de alta energia também foi observado pelo satélite. Como resultado, a aurora era visível do solo como emissões esverdeadas brilhantes.
Num estudo anterior, foi demonstrado que a aurora da chuva polar se move em direção oposta ao Sol a 150 metros/seg. No caso da aurora atípica vista na noite de Natal de 2022, a análise dos dados ópticos transversais indicou que a aurora se propagou na direção anti-sol, no entanto, a velocidade da aurora vista do solo era duas a três vezes mais rápida.
Assim, a gigantesca aurora uniforme visível do solo na noite de Natal de 2022 foi uma aurora de chuva polar. Esta foi a primeira observação terrestre da aurora de chuva polar, um aspecto único da complexa conexão Sol-Terra.
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Referências:
- Hosokawa, K. et al 2024. Aurora excepcionalmente gigantesca na calota polar em um dia em que o vento solar quase desapareceu. AVANÇOS DA CIÊNCIA. 21 de junho de 2024. Vol 10, Edição 25. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adn5276
- SWPC, NOAA. Aurora. Disponível em https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/aurora
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