A aurora boreal, também conhecida como “luzes do norte”, sempre encantou observadores com suas danças de luzes coloridas no céu noturno. Recentemente, cientistas deram um passo significativo na compreensão desse fenômeno ao capturar as primeiras imagens hiperespectrais da aurora boreal. Utilizando uma câmera hiperespectral ultra-sensível, instalada no Centro Espacial Esrange em Kiruna, Suécia, pesquisadores do Instituto Nacional de Ciência da Fusão do Japão (NIFS) conseguiram revelar detalhes nunca antes vistos das auroras.

As imagens hiperespectrais são diferentes das fotografias tradicionais, pois dividem a imagem em comprimentos de onda específicos, permitindo uma análise detalhada das emissões aurorais. Isso possibilita aos cientistas medir a energia dos elétrons que causam a aurora e entender melhor como diferentes cores são produzidas no céu noturno.

A tecnologia por trás dessa câmera foi originalmente desenvolvida para o Grande Dispositivo Helicoidal (LHD), o maior dispositivo de plasma supercondutor do mundo, localizado no Japão. O LHD aquece o plasma usando diferentes métodos, como feixes de partículas e ondas de rádio, semelhante aos tokamaks, máquinas com a forma de uma imensa rosquinha, projetadas para confinar plasma de alta temperatura usando campos magnéticos intensos. O objetivo é estudar a fusão nuclear, um processo em que núcleos atômicos se unem para formar um núcleo mais pesado, liberando uma grande quantidade de energia.

O LHD também possui um sistema para controlar o calor e as partículas, usando grandes bobinas para criar um campo magnético. Isso ajuda a ajustar a camada entre o plasma e as placas que coletam as partículas. A pesquisa foca em como esse sistema pode ser usado em outros tipos de reatores.

O sistema de exaustão de calor e partículas do desviador helicoidal usa as grandes bobinas helicoidais para produzir um campo de desvio. Essa configuração permite a modificação do tamanho da camada estocástica, que é posicionada entre o volume de plasma confinado e as linhas de campo que terminam na placa desviadora. A pesquisa de plasma de limite no LHD se concentra na capacidade do desviador helicoidal como um sistema de exaustão para heliotrons e stellarators.

Muito bem, só que eles não estavam observando plasma no laboratório. A tecnologia para estudar estes plasmas foi usada  para observar a luz emitida pelo plasma em um campo magnético, com o objetivo de estudar o transporte de energia e as emissões atômicas e moleculares.

Além de fornecer imagens deslumbrantes, essa nova abordagem pode ajudar a resolver questões importantes sobre a distribuição de elétrons precipitantes e o mecanismo de emissão auroral. As auroras são causadas pela interação de elétrons com a atmosfera superior da Terra, resultando em emissões de luz de átomos de nitrogênio e oxigênio. As cores características, como verde e vermelho, são determinadas pelos níveis de energia de transição e pelas vibrações e rotações moleculares.

A observação hiperespectral das auroras não só enriquece nosso entendimento científico, mas também pode ter aplicações práticas. Por exemplo, a análise detalhada das emissões aurorais pode melhorar a previsão do clima espacial, que é crucial para a operação segura de satélites e outras tecnologias espaciais.

Em um contexto mais amplo, essa pesquisa destaca a importância da colaboração internacional e do uso de tecnologias avançadas para explorar fenômenos naturais e desvendar os segredos das luzes do norte com uma câmera que, de certa forma, é uma prima distante dos dispositivos usados para estudar plasma em laboratórios, um pouquinho – só um pouquinho ;) – melhor que a câmera do seu celular.

A pesquisa foi publicada no periódico  Earth, Planets and Space