As auroras funcionam de modo muito similar às lâmpadas fluorescentes. Ainda que por princípios diferentes, basicamente elétrons carregados em alta tensão colidem com átomos de gases conhecidos, provocando a liberação de energia excedente em forma de luz.
Nas auroras, as partículas de vento solar carregadas de elétrons que ultrapassam a magnetosfera atingem a alta atmosfera terrestre que está carregada de gases. Ao encontrar nesta camada os gases predominantes nitrogênio (78%…79%) e oxigênio (19%), os elétrons do vento solar se colidem com os átomos destes gases, os excitando ou os ionizando e criando uma energia excedente que é liberada sob a forma de luz visível.
Mais uma vez como nas lâmpadas fluorescentes a cor da aurora boreal é dependente do comprimento da onda de luz, e este comprimento dependerá do gás que está sendo excitado ou ionizado como veremos a seguir. Podemos observar que lâmpadas de diferentes gases reproduzem espectros diferentes de cores. O azul do xenônio excitado está em uma frequência muito mais alta que, por exemplo, o vermelho do neônio, então o mesmo pode-se esperar sobre o nitrogênio e o oxigênio que possuem seus átomos excitados e ionizados pela colisão com os elementos do vento solar na alta atmosfera.
Se pensarmos nas auroras como cortinas, podemos dizer que a bainha, a parte inferior, geralmente está a 100 km de altitude, enquanto a parte superior pode atingir quase 500km e isso também faz com que haja alterações nas cores, ainda que a troca de energia ocorra no mesmo gás. O oxigênio, por exemplo, tanto em alta quanto em baixa altitude assume diferentes cores através de sua excitação, enquanto o nitrogênio também assume diferentes cores pelo processo de ionização e de excitação.
Oxigênio
- O oxigênio que é excitado em baixa altitude (até 240km) resulta em uma cor verde, bem luminosa, com um espectro que por vezes assume um tom amarelado, como uma caneta marca texto.
- O oxigênio excitado em alta altitude (acima de 240km) resulta em na cor vermelha.
Nitrogênio
O Nitrogênio pode ser energizado de dois modos diferentes. Ele pode ser excitado ou ionizado.
- Quando é excitado ele absorve a energia dos elétrons e libera este energia na cor vermelha, isso geralmente ocorre acima de 100km.
- Quando é ionizado ele perde elétrons, e quando recupera o equilíbrio libera a energia excedente com a cor azulada o que ocorre geralmente abaixo de 100km.
Mas ainda assim é simplório, ainda que não incorreto, tratar as cores resultantes desta maneira. Para ter uma ideia, apesar do verde ser a cor predominante nas visualizações de aurora boreal e austral, a maior parte da energia da cortina da aurora resulta na verdade em uma cor vermelha. Mas isso não é visível porque os átomos de oxigênio tem uma reação característica. Quando excitados eles “demoram” 30 vezes mais tempo para liberar energia na forma de luz vermelha do que a luz verde, e algumas vezes a colisão entre moléculas semelhantes trocam energia até que o equilíbrio atômico impeça a emissão de luz.
Fora isso, em altitudes intermediárias, por exemplo, as luzes vermelhas, azul e verde emitidas pelo oxigênio e nitrogênio se combinam para resultar em uma cor branca-verde brilhante, enquanto nas altitudes baixas a densidade das moléculas de oxigênio é muito alta e dificulta excitação, restando ao nitrogênio reproduzir as cores lilás resultantes da excitação e ionização do nitrogênio.
Uma curiosidade: Quando observamos auroras de dentro de cabines de avião somos induzidos a acreditar que o avião sobrevoa as auroras, no entanto isso é apenas seu cérebro sendo enganado através da ilusão de ótica. As partes inferiores das cortinas de aurora estão geralmente a quase 100km de altitude, enquanto grandes aviões comerciais estão a 35000 pés, 10 km.
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