Auroras: Luzes Misteriosas no Céu Noturno

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Auroras
Meteorologia - UFSC
Prof.(a): Marina Hirota Magalhães
Acadêmicos: Joana Zanette Crema, 
Danielle Clemente, Gabriela Turatti 
e Vitor Machado.
O que é Aurora?
Nomeada em homenagem a deusa romana do amanhecer, a aurora é uma exposição misteriosa e imprevisível de luz no céu a noite. A Aurora Boreal e Aurora Austral - muitas vezes chamada de luzes do norte e luzes do sul - são ocorrências comuns em altas latitudes do norte e sul, menos frequentes em latitudes médias, e raramente visto perto do equador. Embora geralmente de cor esverdeada, as auroras podem também se apresentar no vermelho, azul, violeta, rosa e branco. Essas cores aparecem em variedade, continuamente mudando de forma. As vezes, a aurora é tão fraca e dispersa que pode ser confundida com nuvens ou com a Via Láctea; e as vezes é brilhante o suficiente para ser vista.
Aurora é um sinal espetacular de que o nosso planeta está ligado eletricamente com o sol. Estes espectáculos de luz são provocados pela energia do Sol e alimentada por partículas eletricamente carregadas presas no campo magnético da Terra.
 Enquanto contempla a beleza, a mesma pode ser um incômodo para aqueles que dependem de tecnologia moderna.
As auroras podem parecer longos arcos estreitos de luz, que muitas vezes se estendem de leste a oeste, de horizonte a horizonte. Em outros momentos, elas se estendem por todo o céu noturno, a qual se torçem, dobram, espiralizam, ou até mesmo se enrrugam como cortinas. Auroras podem aparecer no decurso de uma única noite, e todas as formas podem variar intensamente. 
O que provoca a aurora?
A aurora típica é causada por colisões entre movimentos rápidos de elétrons vindo do espaço com o oxigênio e nitrogênio da atmosfera superior da Terra. Os elétrons - que vêm da magnetosfera da Terra, a região do espaço controlado pelo campo magnético da Terra - Transferem sua energia para os átomos e moléculas de oxigênio e nitrogênio, tornando-os "excitados". Como os gases voltam ao seu estado normal, eles emitem fótons, pequenas explosões de energia sob a forma de luz. Quando um grande número de eletrons vindo da magnetosfera bombardeia a atmosfera, o oxigênio e nitrogênio emitem luz suficiente para o olho detectar, dando a nós as belas auroras. Esta luz fantasmagórica origina em altitudes de 100 a mais de 400 km (60 a mais do que 250 milhas).
Por que vemos as auroras em diferentes cores e formas?
A cor da aurora depende do gás - oxigênio ou nitrogênio - que está reagindo com os elétrons, e sobre o quão excitados se tornam. A cor também depende de quão rápido os elétrons estão se movendo, ou a quantidade de energia que tem, no momento da suas colisões. Elétrons de alta energia reagem com oxigênio para emitir luz verde (a cor mais familiar da aurora), enquanto elétrons de baixa energia causam uma luz vermelha. Nitrogênio geralmente emite uma luz azul. A mistura destas cores também pode levar à roxos, rosa, e brancos. O oxigénio e nitrogênio também emitem luz ultravioleta, a qual pode ser detectado por câmeras especiais em satélites. As formas diferentes de auroras são um mistério que os cientistas ainda estão tentando desvendar. A forma parece depender de onde os elétrons se originam na magnetosfera, o que faz eles ganharem a sua energia, e por que eles mergulham na atmosfera.
Onde você pode ver uma aurora?
Auroras ocorrem geralmente em áreas em forma de anel cerca de 4.000 km (2.500 milhas) de diâmetro em torno dos pólos magnéticos da terra. Esses anéis são conhecidos como auroras ovais. O oval norte traça um caminho sobre o centro do Alasca e Canadá, Groenlândia, e do Norte da Escandinávia e Rússia. No hemisfério sul, a oval sul paira principalmente sobre os oceanos que circundam a Antártica, mas pode ocasionalmente atingir as bordas distantes da Nova Zelândia, Chile e Austrália. Há um equívoco comum que auroras só podem ser vistas perto dos pólos da Terra, mas auroras são realmente muito raras nos pólos geográficos e geomagnéticos. Na verdade, se você fez uma expedição à costa norte do Alasca, você normalmente tem que olhar para o sul para ver uma aurora.
Como a aurora se relaciona com o Sol?
Auroras são um sinal de que o Sol e a Terra estão ligados por mais do que a luz solar. Eles indicam que algo elétrico está acontecendo no espaço. O Sol fornece a energia para a aurora, mas partículas na aurora vêm da própria vizinha da Terra no espaço. A energia é transportada do Sol em direção à Terra no vento solar, uma corrente de partículas eletricamente carregadas (principalmente prótons e elétrons) seguindo do Sol para todas as direções. Estas partículas se aproximam da Terra, elas interagem com o campo magnético do nosso planeta. Este campo deflete muitas partículas, criando uma enorme cavidade no vento solar - a magnetosfera. Esta região se estende cerca de 60,000 km(40.000 milhas) em direção ao sol e várias centenas de milhares quilômetros em uma longa cauda no lado da noite, longe do Sol. As variações nas propriedades do vento solar controlam a quantidade de energia que pode vazar para a magnetosfera. Aqui a energia é convertida em corrente elétrica e energia eletromagnética e armazenada temporariamente na magnetosfera, especialmente na sua extremidade. Quando o fluxo de energia é relativamente grande, a magnetosfera perde seu equilíbrio. Para se tornar estável novamente, o excesso de energia é liberado de repente, com grande parte da energia indo para a aceleração dos elétrons. A aurora ocorre principalmente onde o campo magnético orienta os elétrons das extremidades da magnetosfera para a atmosfera, onde produzem a aurora. Porque a extremidade é no lado noturno da Terra (longe do Sol), as mais intensas, dinâmicas e belas auroras ocorrem perto da meia-noite. Durante muitos anos, pensava-se que as partículas da aurora vinham diretamente do Sol, porque grandes auroras muitas vezes ocorriam poucos dias depois de grandes erupções no Sol. Mas partículas vindo diretamente do Sol perderiam sua energia em altitudes muito maiores do que onde nós encontramos a aurora. E devido a a deflexão de partículas do vento solar pela magnetosfera, partículas em linha reta do Sol podem ganhar acesso para a única atmosfera perto dos pólos, então não formariam as ovais auroras que vemos que repousam a um par de mil quilômetros para fora dos pólos.
Os outros planetas tem auroras?
Auroras foram observados em Júpiter, Saturno, e Urano, mas não em Marte, Vênus, ou Mercúrio. Qualquer planeta com um campo magnético e uma atmosfera deve provavelmente ter auroras (Marte e Venus não têm magnetosfera global; Mercúrio quase não tem atmosfera). Uma vez que uma aurora indica a presença de uma atmosfera, podemos usar a presença de auroras para encontrar planetas além do nosso sistema solar que poderiam suportar vida.
A aurora produz som?
Os observadores têm especulado sobre isso por centenas de anos, observando que eles ouviram sons de estalos, chicotes e assobios enquanto assistiam a aurora dançar no céu. Mas cientistas têm sido incapazes de detectar qualquer som audível a partir das luzes do norte, e a maioria dos cientistas não conseguem encontrar uma razão de por que as luzes devem fazer um som. O ar na parte superior da atmosfera, onde auroras se formam é muito fina para som audível realizar qualquer distância. Portanto, se os sons são ouvidos, eles devem vir de algum outro fenômeno que ocorre ao mesmo tempo.
Por que nos preocupamos com auroras?
Antes de telégrafos e telefones, foguetes e rádio, pessoas não foram afetadas por auroras. A atividade solar e os espetáculos resultantes de luz das auroras eram curiosidades da natureza. Mas em seguida, os humanos começaram a aproveitar o poder do eletromagnetismo, desenvolvimento de redes de energia elétrica e sistemas de comunicação. Logo aprendeu- se que a aurora poderia afetar os sistemas. Os elétrons que espiralam para baixo do campo magnético da Terra para produzir a aurora, são própriamente uma intensa corrente elétrica. A mudança rápida dacorrente pode causar correntes elétricas indesejadas para o fluxo de grandes linhas de comunicação, linhas de energia e gasodutos, produzindo rupturas na comunicação, interrupções elétricas, quedas e vazamentos de combustível. Ao mesmo tempo, a parte superior da atmosfera, ou ionosfera, torna-se ondulada como um pedaço de papelão ondulado. Os sinais de rádio são refratados (dobrados) de forma diferente do que o esperado ou até mesmo absorvido, tornando difícil para se comunicar em determinadas freqüências. Elétrons acelerados a altas energias nas extremidades da magnetosfera podem causar estragos com satélites, danificando eletrônicos e criando falsos comandos.
Missão THEMIS, NASA
A missão Themis, da Nasa, foi lançada dia 17 de fevereiro de 2007 do Cabo Canaveral (na Flórida) rumo à órbita da Terra. Seu objetivo era estudar as tempestades magnéticas que causam as auroras boreais.Os cientistas já sabem por que as auroras se formam, mas não conseguem prever quando elas vão ocorrer nem entender seus padrões de luzes e cores. Isso é importante porque as auroras, apesar de belas, danificam aparelhos em órbita e são uma ameaça para a vida de astronautas. Ao todo, a missão foi composta por cinco pequenos satélites que, nos dois anos consecutivos observaram erupções solares direcionadas à Terra. Cada satélite transporta instrumentos idênticos, incluindo um magnetômetro fluxgate , um analisador eletrostático , um telescópio de estado sólido, um magnetômetro busca-coil e um instrumento de campo elétrico.A cada quatro dias, os satélites se alinhavam sobre a América do Norte e aguardavam a eventual formação de auroras. Ao longo de todo o espaço que rodeia a Terra há apenas algumas naves espaciais para observar tempestades solares e magnéticas. O número de observatórios cresceu ao longo dos anos. As sondas começaram então, a fornecer as primeiras medições multiponto para melhor compreender os fenêmenos meteorológicos espaciais.Em anos no espaço, trabalhos científicos que usaram dados da THEMIS ajudaram a destacar uma série de detalhes cruciais sobre o que causa esses eventos climáticos espaciais. Em conjunto com outras missões-chave, como Cluster, Van Allen (sondas enviadas para estudar os cinturões de radiação) , THEMIS tem melhorado dramaticamente a compreensão da magnetosfera.