Tsunamis espaciales y auroras boreales

 Tsunamis espaciales y auroras boreales
J. Rubén G. Cárdenas
La misión Cluster (racimo, conglomerado, serie, complejo, enjambre en
inglés) consiste en cuatro satélites espaciales que son parte de un
programa de la Agencia Espacial Europea (ESA por sus siglas en inglés)
y que orbitan en formación a la Tierra transmitiendo la información más
detallada hasta ahora acerca de cómo el viento solar afecta nuestro
planeta. El viento solar, el perpetuo chorro de partículas subatómicas
eyectadas desde el Sol, puede dañar las comunicaciones de los satélites
y las estaciones de GPS (ver en Cienciorama: Centelleo interplanetario,
observando al viento solar
y
Viento Solar ). La misión Cluster se
programó de febrero de 2001 a diciembre de 2005, sin embargo la
Agencia Espacial Europea aprobó extender su vida útil hasta diciembre
de 2009.
Cluster está proveyendo nuevas pistas sobre el hermoso fenómeno
visual de las auroras boreales que se forman en los polos terrestres
debido a la interacción electromagnética del viento solar, que en gran
parte es plasma solar que al chocar con la magnetósfera terrestre
produce irradiaciones luminosas en la atmósfera. Estas interacciones
ocurren cuando partículas cargadas (protones y electrones) procedentes
del Sol inciden en la atmósfera cerca de los polos. Cuando éstas chocan
con los átomos y moléculas de oxígeno y nitrógeno del aire, parte de la
energía de la colisión excita estos átomos a tal grado que devuelven esa
energía en forma de luz visible para regresar después a su estado de
energía mínima. Desde regiones de grandes altitudes, en Escandinavia o
Canadá, las auroras parecen coloridas cortinas de luz de diferentes
formas.
Antes de la perturbación de una subtormenta, la aurora boreal se
presenta como una cortina verde que no se mueve; pero cuando la
afecta la perturbación puede cambiar su forma y su color.
Cuando se forma una aurora, siempre se percibe a simple vista un arco
verde que no se mueve y que se expande en el cielo de este a oeste;
cuando se ve que
bailan
es resultado de perturbaciones conocidas
como subtormentas o tsunamis espaciales que tienen lugar en la
magnetosfera terrestre.
La magnetósfera terrestre es una burbuja magnética que rodea a la
Tierra y que desvía el viento solar siguiendo la geometría del planeta;
esto es, en la zona del planeta donde hay noche existe una zona de
sombra con forma de cometa que se conoce como la cola de la
magnetosfera (ver figura).
Imagen de :Tony Lui, JHU/APL, EUA.
En la figura se representa también la localización de la serie de satélites
de la misión Cluster. En la parte roja de la figura, del lado derecho, la
cola de la magnetosfera, hay intensas corrientes eléctricas que siguen la
dirección del viento solar. La parte izquierda de la figura indica en qué
dirección está el Sol. Los medidores de los satélites Cluster registraron
zonas donde hay un contraflujo o flujo inverso que podría ser el
causante de los tsunamis.
Estos tsunamis duran normalmente una o dos horas y son un fenómeno
físico que se extiende en las tres dimensiones sobre latitudes de 100 a
150,000 km. Por eso se requiere de un enjambre de satélites para su
seguimiento y análisis (cuatro en el caso de la misión Cluster, con un
número menor de satélites sería como tratar de predecir el
comportamiento de un tsunami marino con una sola boya en el océano).
<br< de="" se="" la="" que="" (Current-Disruption). Este modelo
sostiene que las subtormentas son resultado de perturbaciones en el
campo magnético terrestre que interrumpen el flujo de partículas
cargadas. Estudios de satélite previos encontraron que las partículas
cargadas (el flujo de plasma) son arrastradas en la dirección del viento
solar en una parte de la cola de la magnetosfera terrestre. En años
recientes se pensaba que el supuesto flujo inverso (o contraflujo), el
posible causante de los
tsunamis
se daba donde tenía lugar un
fenómeno conocido como reconexión magnética, es decir, donde la
energía del campo magnético terrestre se convierte en partículas
cargadas (efecto de disipación) y da como resultado un plasma
altamente acelerado que se dirige hacia la Tierra. Utilizando técnicas de
detección de partículas de altas energías en los satélites del Cluster,
científicos de la ESA y de la NASA examinan los resultados de cuando
éstos cruzan por esta región del campo magnético. Al comparar las
direcciones de la corriente eléctrica y del campo eléctrico en la
magnetosfera, es posible entender en teoría, la causa del flujo inverso
como un efecto de disipación (donde la energía del campo magnético es
convertido en energía de partículas) o un efecto de dinamo (donde la
energía de partículas es convertido en energía del campo magnético).
Los científicos observaron que las características asociadas con el flujo
inverso son realmente muy complejas y dan lugar a ambos efectos: de
disipación y de dinamo, en sitios localizados. Los resultados muestran
también que la turbulencia en el plasma interrumpe la corriente eléctrica
local, sin embargo esto no sucede siempre así.
Las líneas del campo magnético terrestre son púrpuras; el plasma que
invierte la dirección es verde, la interrupción en el flujo eléctrico es rojo
rojo. Esta imagen fue modelada para el ocho de agosto del 2003.
Imagen de Tony Lui, JHU/APL, EUA.
Encontrar que el flujo inverso resulta de ambos efectos es consistente
con la idea de la interrupción de la corriente eléctrica local por
turbulencia en el
mar
eléctricamente cargado que compone el
campo magnético.
Las subtormentas magnéticas son un fenómeno novedoso en la
investigación que seguramente contribuirá al debate científico y
generará más investigación con los datos de una próxima misión de la
NASA llamada Tiempos Históricos de Eventos e Interacciones
Macroescala durante Subtormentas (THEMIS por sus siglas en inglés),
una misión dedicada específicamente al estudio de estos fenómenos.
Referencias
Cluster observation of plasma flow reversal in the magnetotail during a
substorm . Lui, A. T. Y., Y. Zheng, Y. Zhang, H. Rème, M. W. Dunlop,
G. Gustafsson, S. B. Mende, C. Mouikis, and L. M. Kistler. Annales
Geophysicae .9 agosto de 2006. ESA NEWS European Space Agency.
12 de abril del 2007. www.esa.int/esaCP/index.html.