lunes, 27 de octubre de 2014

Airglow

Muchas personas nunca o casi nunca habrán oído  hablar del fenómeno de Airglow, un fenómeno poco conocido,entre otras cosas, por el exceso de contaminación lumínica y su frecuente baja luminosidad.

¿Qué es y por qué se produce?
El airglow (traducido al español sería algo como “luminiscencia atmosférica”) es un fenómeno producido en la atmósfera superior por la luz que surge en las reacciones químicas, o quimioluminiscencia.
El Sol emite energía en forma de radiación electromagnética de longitudes de onda comprendidas aproximadamente entre los 200 nm y 4 000 nm, en ella se encuentra la llamada radiación ultravioleta (UV), luz visible, las microondas, entre otras.
La radiación UV (400 nm - 15 nm) tiene un importante papel en la  producción de airglow. Este fenómeno es producido en las capas altas de la atmósfera aproximadamente a 85 Km de altitud (mesopausa) por moléculas principalmente de  oxígeno molecular (O2), oxígeno atómico (O), sodio (Na) y el radical hidróxilo (OH). 

Existen varios lugares en Internet que  explican de manera errónea el fenómeno de airglow  de la siguiente manera:

“El airglow se produce  por la excitación de las moléculas de las capas altas de la atmósfera durante el día,  y por la noche esta energía es emitida”


¡Cuidado! No es que durante el día las moléculas sean excitadas y después se “relajen” emitiendo fotones (luz). La noche dura aproximadamente unos 40 000 segundos,  mientras que los tiempos de vidas  de los átomos y moléculas excitados  van desde nano-segundos hasta cientos de segundos.
La explicación correcta del fenómeno es la siguiente: durante el día la radiación UV del Sol fotodisocia las moléculas  de la atmósfera superior creando una especie de “almacén de energía química” que es liberada durante la noche.

Ahora viene tal vez la parte más liosa de la entrada,  pero no os preocupéis,  no es complicado de entender. Es recomendable  acompañar la explicación de cada banda con  su correspondiente imagen. . . ¡Vamos allá!

En la banda del OH: el oxígeno molecular  +  energía  (hn viene de  la ecuación de Plank E=hn; donde E es energía,  h es la constante de Plank y n la frecuencia de la onda) da lugar a la fotodisociación del O2 en dos oxígenos atómicos. Después, un oxígeno atómico  más uno molecular produce ozono (O3) que,  junto a un hidrógeno,  forma el radical OH* (el asterisco indica la excitación de la molécula) más O2.
La luminiscencia se corresponde al paso del estado excitado al estado normal que da lugar a la emisión de luz con una frecuencia  correspondiente a n = E/h que, en términos de longitud de onda,  sería: l=hc/E (l= longitud de onda ; c= velocidad de la luz).

(Nota:  M es un tercer cuerpo (otra molécula de oxígeno u otro compuesto químico) que absorbe parte de la energía liberada al generarse el ozono)

En las bandas del O2 : en vez de formarse ozono  se produce oxígeno molecular excitado,  que,  junto a un oxígeno atómico,  produce lo que se denomina oxígeno singlete (O21S forma excitada del oxígeno) más otro oxígeno atómico.  El oxígeno singlete pasa a ser oxígeno triplete (O23S estado fundamental del O2) liberando con ello energía en forma de fotones. 

Diferencia entre auroras polares y airglow
El airglow se confunde fácilmente con las auroras tanto boreales como australes. A continuación  os pongo dos imágenes,una de cada. ¿Sabéis diferenciar los dos fenómenos? ¿Cuál es cuál?






La imagen 1 corresponde a una aurora boreal, mientras que la imagen 2 al airglow


Las auroras polares,  a diferencia del airglow, son un fenómeno producido por el choque de partículas energéticas  (principalmente protones y electrones) con la atmósfera terrestre, no es un fenómeno de quimioluminiscencia como el airglow, es un fenómeno producto directo de excitaciones y relajaciones atómicas.
Las auroras se sitúan en la termosfera  (también llamada ionosfera),  cuando las partículas cargadas (producto de una Eyección de Masa Coronal) colisionan contra la atmósfera  producen estos increíbles efectos. Los colores verdes se deben al oxígeno,  mientras que los tonos rojizos al nitrógeno. Además el airglow se produce en todas las partes del mundo,  mientras que las auroras se localizan principalmente en los polos.
Esta es más o menos la diferencia entre airglow’s y auroras  polares,  la definición de estas últimas  es un poco escasa e imprecisa,  por lo que espero hablar más extensamente en otro momento.

Dónde,cuándo y cómo observar el airglow

El airglow es un fenómeno poco conocido,  muchas veces su baja luminosidad dificulta su visión, junto a  la mala calidad atmosférica y la contaminación lumínica nos resulta algo  fuera de lo común. Pero no debería ser así ,  si la contaminación lumínica fuese nula y las condiciones meteorológicas fuesen favorables (cielos despejados y una atmósfera más o menos estable) podríamos intentar ver  este fenómeno,  y muy posiblemente lo conseguiríamos observar.  En el observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma) las condiciones atmosféricas son prácticamente perfectas,  y la contaminación lumínica deslumbra por su ausencia,  aquí podéis ver una foto del fenómeno desde el observatorio.

El airglow  únicamente es visible  por la noche,  para observarlo lo más  recomendable es ir a un lugar elevado, con buenas condiciones atmosféricas y carencia de contaminación lumínica. Como estas condiciones  se dan  (la mayoría de las veces) en observatorios profesionales, y por desgracia no están a mano para la mayoría de los aficionados,  siempre se puede intentar en zonas en las que las condiciones no son las de un observatorio profesional  (para muestra un botón, aquí un fotografía tomada desde Jaén). Pero eso sí, huid de las luces.
Como ya se ha dicho antes el airglow es observable en todas las partes del mundo. Teniendo suerte podremos  ver este escurridizo fenómeno. Seguramente que si no existiese la contaminación lumínica disfrutaríamos más veces de él.

Si lo que se pretende es captarlo lo mejor que se pueda es recomendable utilizar una cámara réflex para una mayor captación de luz, utilizando una exposición prolongada e ISO adecuado. Es aconsejable obtener varias tomas para luego apilarlas y procesarlas, de esta manera se podrá sacar todo el esplendor del fenómeno.

Termino con unas estupendas fotografías  tomadas desde varias partes del mundo. 

Airglow sobre la Península Ibérica,  véase la gran cantidad de contaminación lumínica emitida y en su mayor parte desaprovechada.  ISS/NASA


C / 2011 W3 (Lovejoy) y la Vía Láctea tomada desde  Queensland, Australia. La luz amarilla de la izquierda es la luz zodiacal , y la región verde de la derecha se al airglow

Imagen tomada desde el VLT,  Observatorio Paranal. En el fondo, se ve un resplandor rojo (airglow). Normalmente, estas emisiones no son tan fuertes, pero la noche en la que esta imagen fue tomada era inusualmente brillante. VLT/ESO

Cometa C/2011 W3 junto al  Airglow . NASA