¿Cuál es la causa de la línea divisoria en la parte inferior de la aurora boreal?

Question

Las auroras boreales son causadas por partículas cósmicas cargadas que interactúan con la atmósfera superior de la Tierra. Las partículas pueden quedar atrapadas por la fuerza de Lorentz, de modo que podemos verlas allí donde el campo magnético es casi perpendicular a la superficie terrestre.

Ahora bien, si se observa con más detenimiento se puede ver que los colores parecen desaparecer continuamente en el espacio, pero tienen un borde más o menos nítido en la parte inferior. Al menos parece que hay una discontinuidad de las auroras boreales en su parte inferior.

¿Se debe a que las partículas no pueden entrar en la atmósfera inferior? ¿O es que la región de transición no es tan estrecha y sólo lo parece? ¿Cuál es la verdadera razón por la que tiene este aspecto?

Answer 1

Has elegido una imagen muy llamativa para ilustrar tu pregunta, aunque las auroras boreales no siempre tienen un borde inferior tan marcado.

Sin embargo, permítanme adelantar una explicación plausible. Las auroras boreales verdes se forman en lo alto ( $\geq 100$ km) en la atmósfera terrestre, en gran parte por los fotones a 557,7 nm emitidos por los átomos de oxígeno excitados. Este es un ejemplo de transición prohibida con una larga vida radiativa (un segundo más o menos).

Las líneas prohibidas se "apagan" por colisiones si la densidad es lo suficientemente alta, es decir, los átomos se desexcitan por una colisión en lugar de emitir un fotón de "línea prohibida". A menor altura, las densidades aumentan y la emisión prohibida se apaga, por lo que no cabe esperar que se emita luz verde a menor altura en la atmósfera. Esta puede ser la explicación de lo que se ve, más que la profundidad de penetración de las partículas cargadas de alta energía. Esto también explica las franjas de diferentes colores que a veces se ven, causadas por transiciones con diferentes tiempos de vida radiativa que se apagan a diferentes densidades y, por tanto, alturas.