Magnetosfera

Partes de la magnestosfera

La magnetosfera terrestre fue descubierta en 1958 por el satélite estadounidense Explorer I. Antes de ello se conocían algunos efectos magnéticos en el espacio ya que las erupciones solares producían en ocasiones tormentas magnéticas en la Tierra detectables por medio de ondas de radio. No obstante, nadie sabía cómo o por qué se producían estas corrientes. También era desconocido el viento solar.

Antes de esto, los científicos sabían que fluía la corriente eléctrica en el espacio debido a las erupciones solares. No se sabía, sin embargo, cuándo esas corrientes fluían ni por qué. En agosto y septiembre de 1958, el Ejército de los Estados Unidos inició el Proyecto Argus con el fin de probar una teoría sobre la formación de los cinturones de radiación que pueden tener uso táctico en la guerra.

En 1959, Thomas Gold propuso el nombre de la magnetósfera, cuando escribió: «La región por encima de la ionosfera, en la que el campo magnético de la tierra, predomina sobre las corrientes de gas y partículas rápidas cargadas, se sabe que se extiende en una distancia del orden de 10 radios terrestres, por lo que podría ser llamada apropiadamente como magnetósfera».

Representación de un artista de la estructura de una magnetosfera: 1) Bow shock. 2) Cubierta magnética. 3) Magnetopausia. 4) Magnetosfera. 5) Lóbulo norte de la cola. 6) Lóbulo sur de la cola. 7) Plasmaesfera.

En la parte más externa y amplia de la atmósfera de un planeta, la magnetosfera interacciona con el viento solar en una región denominada magnetopausa que en la dirección al sol es de menor tamaño, y en dirección contraria es sumamente extendida. En el caso de la Tierra se encuentra a unos 100 000 km y en el caso de Júpiter a más de 4 millones de kilómetros. Por delante de la magnetopausa se encuentra la superficie de choque entre el viento solar y el campo magnético. En esta región el plasma solar se frena rápidamente antes de ser desviado por el resto de la magnetósfera. Las partículas cargadas del viento solar son arrastradas por el campo magnético sobre los polos magnéticos dando lugar a la formación de auroras polares.

Arco de choque

Imagen infrarroja y concepto artístico del arco de choque alrededor de R Hydrae.

El arco de choque forma la capa más externa de la magnetosfera; el límite entre la magnetosfera y el medio ambiente. Para las estrellas, este suele ser el límite entre el viento estelar y el medio interestelar; para los planetas, la velocidad del viento solar allí disminuye a medida que se acerca a la magnetopausa.[3]

presión del flujo del viento solar y la barrera del campo magnético del 

Diagrama de la magnetosfera terrestre.

Sobre el ecuador de la Tierra, las líneas de campo magnético se vuelven casi horizontales, para luego volver a conectarse en las altas latitudes. Sin embargo, a grandes altitudes, el campo magnético está significativamente distorsionado por el viento solar y su campo magnético solar. En el lado diurno de la Tierra, el campo magnético está significativamente comprimido por el viento solar hasta una distancia de aproximadamente 65 000 kilómetros (40 389,2 mi). El choque de proa de la Tierra tiene un grosor de unos 17 kilómetros (10,6 mi)[10] y se encuentra a unos 90 000 kilómetros (55 923,5 mi) de la Tierra.[11] La magnetopausa existe a una distancia de varios cientos de kilómetros por encima de la superficie de la Tierra. La magnetopausa de la Tierra ha sido comparada con un tamiz porque permite la entrada de partículas del viento solar. Las inestabilidades Kelvin-Helmholtz se producen cuando grandes remolinos de plasma se desplazan a lo largo del borde de la magnetosfera a una velocidad diferente a la de ésta, haciendo que el plasma se deslice. Esto da lugar a la reconexión magnética, y a medida que las líneas del campo magnético se rompen y vuelven a conectarse, las partículas del viento solar son capaces de entrar en la magnetosfera.[12] En el lado nocturno de la Tierra, el campo magnético se extiende en la magnetocola, que a lo largo supera los 6 300 000 kilómetros (3 914 648,2 mi).[6] La magnetocola de la Tierra es la fuente principal de la aurora polar.[9] Además, los científicos de la NASA han sugerido que la magnetocola de la Tierra podría causar "tormentas de polvo" en la Luna al crear una diferencia de potencial entre el lado diurno y el nocturno.[13].

El viento solar y las corrientes en los lóbulos de la cola provocan fuertes distorsiones de las líneas de campo en la capa de plasma de la cola magnética. Si estas distorsiones se vuelven demasiado fuertes (aún no se comprenden los detalles de los procesos), pueden ocurrir pinch-offs como resultado de las reconexiones magnéticas: las partes de las líneas de campo más cercanas a la tierra se cierran para formar más líneas de campo similares a dipolos, mientras que las partes más alejadas de la Tierra forman un plasmoide, una región del espacio llena de plasma con líneas de campo cerradas. Por un lado, el plasmoide es acelerado hacia el exterior por la energía magnética liberada, por otro lado, conduce a un calentamiento de las capas atmosféricas superiores y, por lo tanto, a una retroalimentación intensificada con el sistema de flujo eléctrico.

El proceso de desprendimiento de plasmoides se denomina subtormenta magnética porque inicialmente se consideró solo un subcomponente de las tormentas magnéticas. Hoy, sin embargo, sabemos que la tormenta parcial es un fenómeno que se presenta no solo en las "fases de tormenta" sino también en las fases de calma; el curso es muy similar en ambos casos: una tormenta parcial dura unos 45 minutos y da lugar a un calentamiento del plasma de unos 2 keV. Sin embargo, durante una fase de tormenta, el plasma ya está más caliente al principio (alrededor de 3 a 4 keV en las fases de calma y alrededor de 8 keV en las fases de tormenta) y el ascenso es más pronunciado.

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