Por que a aurora boreal tem cores diferentes?

Recentemente, a Terra foi atingida pela maior tempestade solar já registrada desde 2003. Como acontece nesse tipo de erupção, uma onda de partículas energizadas pelo Sol foi remetida através do espaço. À medida que elas atingiram nosso planeta, pessoas em todo o mundo começaram a observar auroras em cores vívidas, mesmo em lugares onde esse fenômeno não é comum.

Embora normalmente restritas aos céus polares, as auroras boreais e astrais provocadas pela recente tempestade solar foram avistadas em latitudes incomuns, tanto ao sul do hemisfério norte, como no Havaí, quanto ao norte do hemisfério sul, como em Mackay, na costa leste da Austrália.

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Quem, por qualquer motivo, perdeu esse espetáculo de luzes, pode ficar tranquilo, pois, como o Sol está próximo ao pico do seu Ciclo Solar 25 de manchas solares, que ocorre em média a cada 11 anos, mais auroras são esperadas no próximo ano. 

Como os átomos produzem a aurora boreal e a astral?

Auroras são o resultado de átomos solares excitados, relaxando.Fonte:  Getty Images 

As partículas subatômicas carregadas pelo Sol, em sua maioria elétrons, chegam diariamente à Terra, mas perdem gradualmente sua energia à medida que interagem com os átomos e moléculas da nossa atmosfera.

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Segundo a mecânica quântica, os elétrons não orbitam o núcleo do átomo em trajetórias fixas, como aprendemos no nível básico. Em vez disso, eles ocupam orbitais e, no caso das partículas solares, encontram-se em um estado excitado, sendo impulsionados para um nível mais alto de energia, e mais instável. 

Ao colidir com a atmosfera, eles “relaxam”, ou seja, liberam a energia excedente na forma de luz.

Por que as luzes das auroras são coloridas?

O padrão de cores varia conforme o tempo que os átomos levam para liberar luz.Fonte:  Getty Images 

Em um artigo publicado na plataforma The Conversation, o professor de química, Timothy Schmidt, da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália, faz uma analogia das auroras com fogos de artifício que, ao explodir, produzem diferentes cores de luz, conforme os átomos dos diferentes elementos com o quais foram produzidos.

"Os átomos de cobre fornecem uma luz azul, o bário é verde, e os átomos de sódio produzem uma cor amarelo-laranja que você também pode ter visto em lâmpadas de rua mais antigas", explica Schmidt. Ele diz que essas emissões são "permitidas" pela mecânica quântica, que também faz com que átomos excitados de oxigênio emitam luz de forma rapidíssima.

Aurora boreal na cor verde

Verde é a cor de aurora mais comum.Fonte:  Getty Images 

Mais comum nas auroras, a luz verde é produzida por átomos de oxigênio, quando relaxam de um estado de energia mais alto (¹S) para um estado de energia mais baixo (¹D). Embora o vejamos como instantâneo, esse processo é relativamente lento, diz Schmidt, levando em média quase um segundo para ocorrer.

Aurora boreal na cor vermelha

A luz vermelha só aparece em grandes altitudes'.Fonte:  Getty Images 

Em alguns casos, mesmo após emitir um fóton verde, o átomo de oxigênio permanece em estado excitado, sem um relaxamento quântico “permitido”. Então, ele realiza outra transição “proibida”, ou seja, demora ainda mais no estado ¹D (cerca de dois minutos) até finalmente relaxar e emitir luz vermelha.

Outras cores

Apesar de verde e vermelho serem as cores mais presentes em auroras, outras cores também ocorrem em menor intensidade. É o caso, por exemplo, das moléculas de nitrogênio ionizado (N2?), que têm carga positiva, pois têm um elétron a menos. Nesse caso, são produzidas luzes azul e vermelha, o que resulta em uma tonalidade magenta em baixas altitudes. 

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