miniatura|Aurora boreal a Alaska Laurora polar és un fenomen meteorològic lluminós que apareix al cel nocturn de les regions pròximes a les zones polars a causa de l'impacte de les partícules de vent solar sobre el camp magnètic de la Terra. A l'hemisferi nord el fenomen també es coneix com a aurora boreal, i s'observa amb més intensitat durant les temporades de setembre a octubre i de març a abril. A l'hemisferi sud es coneix com a aurora austral. va ser anomenada així per Galileo Galilei en referència a la deessa romana de l'alba: Aurora.
Les aurores no són exclusives de la Terra, també s'observen en altres planetes del sistema solar com Júpiter, Saturn, Mart i Venus. El fenomen no es produeix només de manera natural, sinó que es pot reproduir artificialment en un laboratori i també apareixen durant les explosions nuclears.
Mecanisme L'aurora típica és una resplendor difusa i estesa en forma de cortina. De vegades, es formen arcs que poden canviar constantment de forma. Cada cortina es compon de diversos raigs paral·lels i alineats en la direcció de les línies del camp magnètic, la qual cosa suggereix que el fenomen al nostre planeta està relacionat amb el camp magnètic terrestre. Diversos factors addicionals poden provocar en les aurores l'aparició de línies amb un color específic.
Aurora polar de la Terra Les aurores polars terrestres són causades per electrons d'energia 1 a 15 keV, i protons i partícules alfa, i la seva llum es produeix quan xoquen amb els àtoms d'aire de l'atmosfera del planeta, principalment d'oxigen i de nitrogen, generalment a altituds entre 80 i 150 km. Cadascú li dona l'energia de col·lisió de les partícules de l'àtom perquè s'aconsegueixi un procés de ionització, dissociació i excitació de les partícules. Quan es produeix la ionització, els electrons creen un efecte dòmino, que provoca la ionització dels àtoms en d'altres. L'excitació dels resultats d'emissió fa que els àtoms es desestabilitzen i emeten llum en freqüències específiques. Si bé l'estabilització d'oxigen condueix a una segona excitació, s'estabilitza el nitrogen i emet llum a l'instant. Aquest procés, que és essencial per a la formació de la ionosfera terrestre, és comparable a una pantalla de televisió, en la qual els electrons es troben en una superfície de fòsfor, i el canvi del nivell d'energia de les molècules es tradueix en l'emissió de llum.
En general, la lluïssor final està dominada per l'emissió d'àtoms d'oxigen en les capes atmosfèriques altes (al voltant de 200 km d'altitud), que produeix el color verd. Quan la tempesta és forta, les capes inferiors de l'atmosfera es veuen afectades pel vent solar (al voltant de 100 km d'altitud), l'elaboració d'un to vermell fosc de l'emissió d'àtoms de nitrogen (predominant) i l'oxigen. Els àtoms d'oxigen emeten molt diferents matisos de colors, però el predominant hi és el vermell i el verd.
El fenomen es pot observar amb una llum ultraviolada, violeta o blava, que s'origina a partir dels àtoms de nitrogen, i la primera es pot veure molt clarament des de l'espai (però no a la Terra, perquè l'atmosfera absorbeix la radiació ultraviolada). El satèl·lit polar de la NASA n'ha observat l'efecte amb raigs X, i la imatge mostra la precipitació d'electrons d'alta energia.
La interacció entre les molècules d'oxigen i nitrogen, en la generació de la gamma de tons verds, crea l'efecte de la línia verda auroral, com ho demostren les imatges de l'estació espacial Internacional. De la mateixa manera, la interacció entre aquests àtoms pot produir l'efecte de la "línia vermella auroral", encara més rar i en altituds més altes.
L'esquema de la magnetosfera de la Terra és constantment copejada pel vent solar, un corrent de plasma calent enrarit (el gas d'electrons lliures i ions) emès pel Sol en totes direccions, resultat de milions de graus de temperatura a la capa més externa de l'estrella, la corona solar. Durant les tempestes magnètiques, el flux pot ser molt fort, i el camp magnètic interplanetari entre els dos cossos celestes causa pertorbacions en la ionosfera com a resposta a les tempestes. Aquests trastorns afecten la qualitat de la comunicació per ràdio o sistemes de navegació, i causen danys als astronautes en aquesta regió, a les cèl·lules solars dels satèl·lits artificials, en el moviment dels compassos i l'acció dels radars. La resposta de la ionosfera és un model complex i difícil, per la qual cosa són difícils de predir aquest tipus d'esdeveniments.
La magnetosfera terrestre és una regió de l'espai dominada pel seu camp magnètic. Constitueix un obstacle en el camí del vent solar, provocant la seva propagació posterior. La seva amplada és aproximadament de 190.000 km, i durant la nit una llarga capa magnètica amplia encara més les distàncies.
Les aurores es limiten generalment a les regions de forma oval, a prop dels pols magnètics. Quan l'activitat hi minva, la regió té una mida mitjana de 3.000 km i pot augmentar a 4.000 o 5.000 quilòmetres quan els vents solars són més intensos.
La font d'energia de l'aurora és produïda pels vents solars de reproducció per la Terra. Tant la magnetosfera com el vent solar pot conduir electricitat. Se sap que si dos conductors elèctrics connectats per un circuit elèctric que se submergeixen en un camp magnètic es mouen cap amunt i l'un contra l'altre, es genera un corrent elèctric en el circuit. Generadors d'energia elèctrica o dinamos fan ús d'aquest procés, però els conductors també es poden fer amb plasmes i altres líquids. Seguint la mateixa idea, el vent solar i la magnetosfera són fluids conductors d'electricitat i són capaços de generar corrent elèctric, provocant un efecte d'aquest tipus de llum.
Com que els pols geogràfics i magnètics del nostre planeta no estan alineats en el mateix sentit, les regions aurorals no estan alineades amb el pol geogràfic. Els millors punts (punts coneguts d'alçada) per a l'observació d'aurores boreals són el Canadà i, per a aurores australs, el sud de l'illa de Tasmània i Nova Zelanda.
Aurora polar a Catalunya Les aurores polars es visualitzen a les zones properes als pols; tanmateix, a vegades, molt poc freqüents, s'han visualitzat en latituds molt inferiors. Està documentada la visió d'una aurora boreal a Catalunya el 25 de gener del 1938,Notícia al diari ABC del dia 26-01-1938 ABC vista i referida en diversos llocs d'Europa central i meridional.Astronomische Nachrichten en alemany
També s'ha vist una aurora boreal el 10 de maig de 2024, deguda a una forta tempesta solar que afectà a tot l'hemisferi nord. La tonalitat d'aquesta darrera aurora ha estat vermella.
Aurora artificial Les aurores també poden ser formades per les explosions nuclears en les capes altes de l'atmosfera (al voltant de 400 km). Aquest fenomen ha estat demostrat per l'aurora artificial creada per l'Estrella dels EUA, un primer assaig nuclear realitzat el 9 de juliol del 1962. En aquell moment, el cel, des de l'oceà Pacífic, va ser il·luminat per l'alba més de set minuts. Aquest efecte va ser proporcionat per Nicholas Christofilos, científic que havia treballat en altres projectes d'explosions nuclears. Segons el veterà polític Cecil R. Carbó, alguns hotels a Hawaii ofereixen el festival de la bomba de l'arc de Sant Martí als seus sostres per veure la Primera Estrella, contradient els informes oficials que indiquen que l'aurora artificial és inesperada. El fenomen també va ser registrat en un documental de les Illes Samoa, al voltant de 3.200 km de l'atol Johnston, el lloc de l'explosió.
Les simulacions dels efectes en laboratori van començar a realitzar-se a finals del pel científic noruec Kristian Birkeland, que va demostrar, mitjançant una cambra de buit i una pilota, que els electrons es regeixen per aquest efecte en les regions polars de l'esfera. Recentment, els investigadors han aconseguit crear un efecte modest auroral de la Terra en els raigs visibles amb ràdio en el cel nocturn, que prenen una coloració verda. Així com el fenomen natural, les partícules arriben a la ionosfera, i exciten els electrons del plasma. Amb la col·lisió d'electrons amb l'atmosfera de la Terra, s'emeten llums. Aquest experiment també va augmentar el coneixement dels efectes de la ionosfera en les comunicacions per ràdio.
Aurora en altres planetes miniatura|Fotografia de Saturn mostrant una aurora polar El vent solar causa aurores en altres planetes del sistema solar de manera similar a la Terra. A Júpiter, a més, les aurores són també causades per les seves llunes, especialment Io. Aquestes aurores es formen a partir del corrent elèctric del camp magnètic generat pel mecanisme de la dinamo de moviment entre la rotació del planeta i la translació de la seva lluna. En particular, Io té volcans actius en la ionosfera i generació d'emissions de ràdio, que han estat estudiats des del 1955.
Com a la Terra, l'aurora de Saturn crea regions, totals o parcials de tot l'oval pol magnètic. A més, en aquest planeta, les aurores solen durar diversos dies, al contrari de la Terra, en què duren només uns minuts. S'ha demostrat amb proves que l'emissió de llum en aurores de Saturn prové de l'emissió d'àtoms d'hidrogen.
Una aurora va ser detectada a Mart per la nau espacial Mars Express durant les seves observacions del planeta el 2004, amb resultats publicats a l'any següent. Mart té un camp magnètic més feble que la Terra i, per tant, es pensava que la manca d'un fort camp magnètic faria impossible el fenomen. Això no obstant, s'observà que el sistema d'aurores a Mart és molt similar a la Terra, i comparable al de les nostres tempestes de baixa i mitjana intensitat. Com que el planeta està sempre adreçat al nostre, l'observació de les aurores només és possible mitjançant la investigació de la nau espacial del planeta vermell pel costat oposat i mai des de la Terra.
Venus, que no té camp magnètic, també mostra el fenomen en el qual les partícules de l'atmosfera són ionitzades directament pels vents solars, un fenomen també present a la Terra.
Història de la investigació Les aurores boreals s'han estudiat científicament des del . El 1621, l'astrònom francès Pierre Gassendi descriu el fenomen observat al sud de França. En el mateix any, l'astrònom italià Galileo Galilei va començar a investigar el fenomen com a part d'un estudi sobre els moviments celestes de les estrelles. Al , el navegant anglès James Cook va ser testimoni del mateix fenomen de Galileu a l'oceà Índic, que batejà com aurora austral. A partir d'aleshores va quedar clar que l'efecte no és exclusiu de les terres de l'hemisferi nord. Al mateix temps, l'astrònom britànic Edmond Halley sospita que el camp magnètic terrestre es relaciona amb la formació d'aurores boreals. El 1741, Anders Celsius i Olof Hiorter van ser els primers a anunciar les proves de control quan hi ha observacions magnètiques d'aurores.
Henry Cavendish, el 1768, calcula l'altitud a la qual es produeix el fenomen, però només Kristian Birkeland va reproduir al laboratori una aurora el 1896. El científic, amb experiències en el buit i raigs d'electrons amb boles magnètiques va mostrar que els electrons es guien en les regions polars; al voltant de 1900 va proposar que els electrons de l'aurora es generaven a partir de llum solar. Aquest model té problemes per manca de proves en l'espai, i quedà obsolet amb la recerca actual. També el 1908 es va arribar a la conclusió que el patró de magnetisme fluïa d'est a oest.
Més proves en relació amb el camp magnètic són els registres estadístics d'aurores polars. Elias Loomis (1860) i posteriorment Hermann Fritz (1881) va establir que l'aurora es dona sobretot en una regió en forma d'anell amb un radi d'uns 2.500 km al voltant del pol magnètic. Loomis va descobrir la relació de la matinada amb l'activitat solar: prengué nota que entre 20 i 40 hores després d'una erupció solar apareixen aurores boreals al Canadà.