Mai jos puteți citi rezultatul unei investigații pornind de la întrebarea dacă unii oameni pot „auzi” aurora.
Auroră. Credit: Wikipedia.org
Luminile aurorei sunt unele dintre cele mai frumoase și rafinate spectacole ale planetei noastre. Sunetele aurorei, însă, sunt ceva ce ar putea fi o noutate pentru mulți dintre noi.
Cei care trăiesc în regiunile unde aurora este frecventă și o văd adesea sunt foarte familiari cu sunetele - pocnituri și trosnituri - pe care fie le-au auzit ei înșiși, fie cunosc persoane care le-au auzit. Dar pentru restul dintre noi, această afirmație pare foarte problematică.
Cum ar putea interacțiunea delicată a particulelor cu sarcină electrică cu un trilioane de molecule de aer din ionosferă — fiecare interacțiune fiind extrem de slabă — să genereze un sunet pe care să-l putem auzi de la sol?
Pare imposibil; și s-ar putea chiar să fie așa. Dar oamenii totuși aud ceva, iar astăzi vom aduce lumina științei asupra acestei chestiuni până când ochiul nostru sceptic va descoperi o explicație.
Notă scientia: aurora polară este un fenomen optic ce constă într-o strălucire intensă observată pe cerul nocturn în regiunile din proximitatea zonelor polare, ca rezultat al impactului particulelor de vânt solar în câmpul magnetic terestru.
Când apare în emisfera nordică, fenomenul e cunoscut sub numele de „aurora boreală”, termen folosit inițial de Galileo Galilei, cu referire la zeița romană a zorilor, Aurora, și la titanul care reprezenta vânturile, Boreas. Apare în mod normal în intervalele septembrie-octombrie și martie-aprilie.
În emisfera sudică, fenomenul poartă numele de „auroră australă”, după James Cook, o referință directă la faptul că apare în sud. Wikipedia.org
Aurorele au loc în principal la altitudini între 100 și 300 km deasupra Pământului (ocazional pot fi puțin mai jos sau puțin mai sus).
Așadar, ne-am putea întreba dacă este măcar posibil ca un sunet să se propage la acea altitudine. După cum se spune: „În spațiu, nimeni nu te poate auzi țipând”.
Și, de fapt, aceasta este întrebarea corectă. La o anumită altitudine, presiunea atmosferică devine atât de scăzută, încât undele acustice nu mai pot fi propagate în gama audibilă.
Pe măsură ce urcăm prin atmosferă, distanța dintre moleculele de aer crește, iar frecvențele înalte cu lungimi de undă scurte nu mai pot fi susținute. Urcând și mai sus, moleculele se separă și mai mult, iar frecvențele audio cu lungime mare de undă dispar. În cele din urmă, la aproximativ 160 km altitudine, nicio lungime de undă acustică din gama auzului uman nu mai este posibilă; intrăm în ceea ce se numește „zona anacustică”.
Așadar, marea majoritate a aurorelor au loc în zona anacustică. Chiar dacă ar produce sunet, acesta ar apărea doar la cele mai joase altitudini; și chiar și atunci ar fi un infrasunet, sub limita auzului uman. Se estimează că un ton între 20–100 Hz ar putea fi posibil la altitudinea de 100 km, dar iată problema: asta presupune că ești acolo sus, ca să-l auzi. Dar nu ești; ești la 100 km distanță. Putem calcula că, pentru ca acel ton să poată fi auzit la nivelul solului, ar trebui să fie emis la un volum de 130 dB.
Și aici dăm cu capul de ultimul zid. Aurorele apar când particule încărcate electric interacționează cu atomii din gazele atmosferice. Aceste particule ridică electronii la niveluri de energie mai mari, care apoi revin la stările lor inițiale, emițând fotoni. Sunt interacțiuni cu energie foarte redusă. Pentru a mișca efectiv o moleculă de gaz atmosferic ar fi nevoie de mult mai multă energie; iar pentru a mișca milioane dintre ele pentru a crea chiar și cel mai mic sunet, ar fi nevoie de și mai mult.
Așadar, avem două argumente solide împotriva posibilității fizice ca unii oameni să poată auzi aurorele:
1. Aurorele nu au suficientă energie pentru a produce sunet;
2. Chiar dacă ar putea, frecvența și volumul ar fi prea mici pentru a fi audibile.
Deci este acesta sfârșitul investigației noastre?
Nu. Pentru că se pare că există un volum substanțial de dovezi despre detectarea unor sunete în timpul evenimentelor de auroră. Nu doar că unii oameni le pot auzi, dar și instrumentele le pot detecta.
Așadar, suntem într-un mic impas științific. Toată fizica atmosferică ne arată că aurorele nu pot produce sunet; și totuși, oamenii le aud.
Aici intervine metoda științifică. Pe scurt, metoda științifică este o cale de a găsi o explicație pentru o observație. Așa că să începem cu observația.
Cine aude aceste sunete ale aurorei și ce anume aud ei? Pentru că primul lucru pe care trebuie să-l stabilim este că există cu adevărat sunete auzite. După cum avertizează imperativul categoric al lui Hyman: „Nu încerca să explici ceva până nu ești sigur că există ceva de explicat”.
Majoritatea acestor observații (dar nu toate) sunt bazate pe mărturii personale. Oamenii care locuiesc în regiunile unde aurorele sunt obișnuite informează că uneori aud pocnituri ușoare, șuierături, bâzâituri sau trosnituri — și spun că acestea vin din cer. Așa că prima întrebare este dacă aceste sunete vin cu adevărat din cer sau dintr-o altă sursă terestră.
Să analizăm câteva opțiuni:
• Sunetele sunt iluzorii sau imaginare.
Fără îndoială că unele sunt, dar informațiile sunt suficient de numeroase, încât această explicație este aproape sigur insuficientă pentru a le explica pe toate sau chiar pe un procent semnificativ.
• Sunetele nu sunt audio, ci radio, percepute la fel cum unii oameni pot auzi posturi de radio.
Aceasta nu este o explicație acceptabilă. Efectul auditiv al microundelor a fost discutat în episodul 761. Acesta ar fi cu ordine de magnitudine prea slab pentru a produce expansiunea și contracția termică rapidă necesare pentru sunet.
• Sunetele vin din vârfurile copacilor.
Deși „focul Sfântului Elmo” produce sunete similare, el necesită un câmp electric mult mai puternic decât cel generat de particulele încărcate responsabile pentru aurore. Este văzut doar în evenimente cu curenți mult mai mari, precum furtunile.
• Sunetele pot fi zgomote mecanice de la gheață sau îngheț, fără legătură cu aurora.
Este o posibilitate ce trebuie testată și eliminată. Dar pare puțin probabil ca oamenii care trăiesc în astfel de condiții să identifice sunetele aurorale ca fiind distincte și auzite doar în timpul acestor furtuni geomagnetice.
• Sunetele pot veni de oriunde altundeva.
Fără îndoială, unii oameni au auzit sunete în timpul evenimentelor de auroră care nu aveau legătură cu aurora, dar au făcut asocierea pentru că erau predispuși să o facă. Acestea trebuie excluse din setul de date observaționale, dacă e posibil.
Mulți dintre noi probabil nici nu am auzit de acest fenomen, și poate tocmai pentru că se află într-un vid ciudat între două domenii științifice altfel fără legătură: acustica și fizica atmosferică. Drept urmare, foarte puțini oameni îl studiază. Dacă o să cauți online, unul dintre acești puțini este astrofizicianul britanic Carolin Crawford.
Crawford subliniază că încercarea de a înțelege această problemă este mai degrabă un hobby pentru ea și a venit cu o ipoteză despre care recunoaște că este extrem de speculativă. În scenariul ei, sunetul însoțește aurora, dar nu este generat de aceasta. Furtunile geomagnetice provoacă fluctuații minuscule în magnetosfera Pământului. Dacă există materiale feromagnetice în apropiere, de exemplu un gard metalic, acesta ar putea reacționa la schimbările câmpului magnetic și vibra în așa fel încât să producă sunet. Ai experimentat ceva similar dacă ai făcut vreodată un RMN. Zgomotele puternice provin din structura fizică a aparatului care este împinsă și trasă de electro-magneții extrem de puternici din interior.
Totuși, fluctuațiile magnetosferei în timpul unei furtuni geomagnetice sunt mult, mult mai mici și mai lente decât cele dintr-un RMN. Câmpul magnetic al Pământului este și el prea slab pentru a mișca lucruri precum un gard metalic. Tot ce poate face e să încline acul unei busole.
Crawford recunoaște toate aceste defecte ale ipotezei ei. Dacă vrei să afli mai multe, te va îndruma către omul care face cea mai mare parte a cercetării și publicării în domeniu. Este un profesor emerit finlandez de acustică, Unto Laine.
Dr. Laine a realizat primele înregistrări ale acestor sunete ale aurorei încă din 2004:
El se referă la aceste sunete ca la niște „aplauze”. Dar voia să fie sigur de unde provin. Așa că Laine și colegii săi au instalat rețele de microfoane care le-au permis să trianguleze sursa oricăror sunete înregistrate. Dacă sunetul venea de la sol, era considerat fără legătură și exclus; dar dacă venea din cer, era înregistrat și analizat.
În septembrie 2011, lângă satul Fiskars din sudul Finlandei, au obținut primele înregistrări ale sunetelor aurorale folosind această tehnică de triangulare pentru a localiza precis originea. Și unde era? Veneau sunetele de la 100 km altitudine? Nu; încearcă de 1500 de ori mai aproape. Sunetele înregistrate de Laine proveneau din aer, la doar 60–70 de metri înălțime.
După multă muncă, Laine a formulat o ipoteză pe care a prezentat-o în 2016. Ea depinde de condițiile meteorologice locale: o noapte senină, calmă și foarte rece. În astfel de condiții este probabil să se formeze un strat de inversiune: aer cald situat deasupra aerului mai rece, formând un fel de „capac” care împiedică mișcarea verticală a aerului. Dacă bate vântul, stratul se dispersează repede și aceste condiții nu mai apar. Datele atmosferice de la Institutul Meteorologic Finlandez au confirmat că aceste straturi existau în momentele și locurile în care Laine a obținut înregistrările — și stratul de inversiune era exact la înălțimea de 60–70 m.
Așadar, „Ipoteza stratului de inversiune” a lui Laine bifează trei aspecte importante discutate anterior:
1. Sunetele nu provin de la aurore, așa cum au crezut martorii oculari, ci de la aceeași sursă care provoacă aurorele: o ploaie de particule încărcate în timpul furtunilor geomagnetice.
2. Energia foarte scăzută a unei aurore, insuficientă pentru a produce sunet, nu mai este o problemă. Energia provine, în schimb, din sarcinile electrice acumulate în stratul de inversiune pe parcursul zilei și nopții.
3. Distanța mare a aurorei — 100 km — nu mai este o problemă pentru că sunetul provine de la doar 60–70 m, necesitând mult mai puțină energie.
Poate te întrebi de ce nu vedem scântei vizibile sau fulgere minuscule, dacă explicația lui Laine este corectă.
Motivul este că scânteile vizibile, precum fulgerele, sunt ceea ce se numește „arc electric”, în timp ce acestea ar fi „descărcări de corona”. Dar, spre deosebire de focul Sfântului Elmo, unde descărcarea de corona este concentrată într-un punct fizic și devine vizibilă ca o strălucire albastră palidă, aceste descărcări sunt distribuite în întregul strat de inversiune și nu au suficientă energie sau densitate de curent pentru a produce o manifestare vizibilă.
Și, din păcate, aici trebuie să lăsăm povestea.
Nu avem nicio dovadă definitivă. Avem o serie de idei care se leagă bine și oferă o explicație puternică pentru sunetele aurorei, dar nicio dovadă clară că ele chiar sunt generate așa.
Ipoteza stratului de inversiune a lui Laine rămâne o ipoteză, deși este fără îndoială explicația principală în prezent.
Interesant este că, dacă s-ar dovedi adevărată, nu am mai putea numi aceste sunete „sunete ale aurorei”. Ar fi „sunete ale furtunilor geomagnetice”. Manifestarea lor este corelată cu aurora, dar nu este cauzată de ea.
Și eu încă n-am apucat nici măcar să văd sau să aud o auroră adevărată.
Traducere după Sounds of the Aurora de Brian Dunning cu acordul editorului.
