Auroras terrestres de dióxido de carbono observadas desde el espacio

En un nuevo estudio publicado en Geophysical Research Letters, los científicos revelaron observaciones globales de auroras asociadas con dióxido de carbono utilizando mediciones satelitales.

Cuando pensamos en las auroras, a menudo imaginamos deslumbrantes luces verdes y rojas bailando en el cielo. Sin embargo, la aurora tiene numerosas emisiones asociadas que ocurren en diferentes regiones de la atmósfera, la mayoría de las cuales no son visibles para el ojo humano.

La atmósfera de la Tierra está compuesta por varias capas. La troposfera es donde experimentamos la mayor parte del tiempo de la Tierra. La siguiente capa, la estratosfera, contiene la capa de ozono de la Tierra, que nos protege de la dañina radiación ultravioleta del sol. La capa intermedia es la mesosfera, donde los meteoros se "queman" cuando se encuentran con la densidad rápidamente creciente de la atmósfera terrestre. Por encima de esta capa se encuentra la termosfera, que se encuentra entre 80 km y 700 km sobre la superficie de la Tierra, superpuesta a la ionosfera, la parte de la atmósfera con iones y electrones cargados.

Cerca del fondo de la termosfera se encuentra el "borde del espacio", también conocido como la línea de Karman, a unos 100 km de altitud. La línea de Karman indica la altitud a la que pueden orbitar los satélites. Muchas emisiones aurorales ocurren en la región de la termosfera y la ionosfera de la atmósfera terrestre. Las auroras verdes y rojas comúnmente observadas ocurren cerca de 100 km y 250 km de altitud, respectivamente, debido a un estado excitado de oxígeno atómico.

Auroras de dióxido de carbono

Cuando las partículas energéticas chocan contra la atmósfera de la Tierra, interactúan con una mezcla de átomos y moléculas. Una de estas moléculas es el dióxido de carbono. Si bien el dióxido de carbono es conocido por sus efectos en la troposfera como gas de efecto invernadero, también existe en pequeñas cantidades en la atmósfera de la Tierra en el borde del espacio.

Muy por encima de la Tierra, cerca de 90 km, el dióxido de carbono se excita vibratoriamente durante una aurora, emitiendo más radiación infrarroja que la que normalmente se observa en la atmósfera.

Para observar las señales infrarrojas elevadas del dióxido de carbono durante una aurora, la autora principal y científica de la Universidad Estatal de Arizona, Katrina Bossert, con un equipo internacional de investigadores, utilizó el Atmospheric Infrared Sounder, que recopila la energía infrarroja emitida desde la superficie de la Tierra y la atmósfera a nivel mundial, todos los días. Sus datos proporcionan mediciones de temperatura y vapor de agua en 3D a través de la columna atmosférica y una gran cantidad de gases traza, superficies y propiedades de las nubes a bordo del satélite Aqua de la NASA.

Trabajar para aislar estas emisiones proporciona un conjunto de datos para futuras investigaciones para estudiar las auroras y la precipitación de partículas energéticas a nivel mundial.

"Esto ofrece una nueva forma de observar la aurora de la Tierra desde el espacio. Se pueden asociar diferentes emisiones de auroras con diferentes altitudes y energía de partículas", dijo Bossert, profesor asistente en la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio y la Escuela de Ciencias Matemáticas y Estadísticas de ASU. "Las emisiones aurorales de dióxido de carbono ocurren en la región que consideramos el borde del espacio, un poco más baja en altitud que donde normalmente orbitan los satélites. Las observaciones pueden arrojar luz sobre los procesos físicos asociados con la aurora".

Si bien anteriormente se sabía que el dióxido de carbono podría excitarse durante una aurora, este conjunto de datos y método de análisis proporciona las primeras observaciones globales diarias sobre las regiones de los hemisferios norte y sur utilizando un instrumento satelital de visualización nadir. Las mediciones satelitales abarcan más de 20 años y pueden usarse para futuros estudios de las interacciones de las auroras y las partículas energéticas con la atmósfera de la Tierra.

Otros autores del estudio incluyen a Lars Hoffmann del Centro de Supercomputación Jülich, Martin Mlynczak del Centro de Investigación Langley de la NASA y Linda Hunt de Science Systems and Applications Inc.

Referencia

Katrina Bossert et al, Observations of 4.26 μm CO2 Auroral Emissions From AIRS Nadir Sounder Measurements, Geophysical Research Letters (2023). DOI: 10.1029/2023GL103856