16.   La Magnetosfera

La Terrella de Birkeland 

Terrella de Birkeland

¿Era esto un indicio del por qué la aurora polar se ve normalmente solo a una distancia limitada de los polos magnéticos? 

En efecto, así era. El matemático francés Henri Poincaré --y 50 años más tarde, de forma más detallada, en Suecia Hannes Alfvén-- analizó el movimiento de esos electrones y sacó la conclusión de que estaban guiados por las lineas del campo magnético, como cuentas engarzadas en un hilo. De este experimento con la terrella, Birkeland conjeturó que la aurora estaba ocasionada por electrones del Sol, que eran guiados por las lineas del campo magnético hacia los casquetes polares de la Tierra y producían allí un resplandor cuando incidían en la alta atmósfera. El Sol no es la fuente, pero el resto de la conjetura era muy cercana a la realidad. 

La Corriente de Anillo

La teoría de Alfvén sugiere como se puede transmitir esta corriente. La partículas cargadas, como los iones o los electrones, no están solo guiados por la lineas del campo magnético, sino que cuando se deslizan a lo largo de estas líneas (más exactamente girando en espiral a su alrededor), también son repelidas (en cierto modo) desde regiones de un campo magnético más intenso. 

Movimiento de una   Partícula Atrapada

La líneas magnéticas terrestres, al igual que las de una barra imantada, se expanden desde la cercanía de un polo magnético hacia el otro, y la fuerza magnética en cada línea es más débil a medio camino entre las líneas sobre la Tierra, en la parte donde la línea está más distante de la Tierra. Los iones y electrones pueden ser atrapados en ese débil campo magnético, rebotando adelante y atrás, cambiando de dirección cada vez que intentan deslizarse en el campo magnético más intenso existente más cerca de la Tierra. 

Se puede evidenciar esto mediante procesos secundarios, estas partículas también cambian su unión de un campo al otro más próximo, rodeando progresivamente el globo --dextrogiro (visto de lejos desde el norte) los iones positivos y antidextrogiro los electrones negativos. No obstante, cada vez que los electrones negativos se mueven en su dirección y los iones positivos en la contraria, ¡se crea una corriente eléctrica! Así fue como S.F. Singer en 1957 propuso la existencia de una corriente de anillo durante las tormentas magnéticas. 

Cinturones de Radiación

 

Regiones de la  Magnetosfera

La fuente de energía de la corriente de anillo y de sus fenómenos asociados parece ser el viento solar --un flujo continuo de iones y electrones, difundidos en todas direcciones desde la capa más exterior del Sol, la caliente corona de un millón de grados. Las tormentas magnéticas surgen de unos flujos rápidos inusuales en el viento solar, especialmente los relacionados con explosiones asociadas a manchas solares activas. El viento solar comprime las líneas del campo magnético enfrentadas a él en el lado diurno de la Tierra y confina esas líneas en una cavidad redondeada. En la dirección contraria, el lado nocturno, el mismo viento solar alarga las lineas de campo en una larga "cola magnética" y la cavidad se convierte en un largo cilindro. 

Es en esta cola donde se originan muchos de los fenómenos de la magnetosfera --parte de nuestro "clima espacial". Es de especial interés una capa gruesa conocida como "plasma sheet" (lámina de plasma), extendida por la región de débil campo magnético que está confinado entre dos haces de líneas de campo magnético. Un haz, al norte de ecuador, consiste en líneas de campo que confluyen en la cercanía de polo norte magnético, y el otro haz es su imagen especular al sur del ecuador, de líneas de campo dirigidas hacia fuera del casquete polar del sur. En la lámina de plasma es donde se originan las partículas de corriente y donde las "subtormentas" empujan a las partículas hacia la Tierra y se crean las brillantes auroras. 

La Aurora Polar 

En lugares como Fairbanks, Alaska o Tromsö, Noruega, la aurora polar no es rara. Sus brillantes arcos visibles perecen estar asociados con fuertes corrientes eléctricas que conectan la Tierra con el espacio. A diferencia de la corriente de anillo, estas corrientes están guiadas por diferencias de voltaje (como la corriente en el hogar o en una linterna). 

En el espacio estas corrientes fluyen más fácilmente a lo largo de las líneas del campo magnético, debido a que las partículas que las transportan (principalmente electrones) tienden a permanecer unidas a esas líneas. Algo de flujo desde el espacio hacia la Tierra, algo desde la Tierra al espacio, y cerca de la Tierra su circuito se completa mediante una capa en la alta atmósfera que conduce bien la electricidad, la capa E de la ionosfera terrestre, situada unos 125 km sobre el suelo. Las corrientes no alcanzan el suelo debido a que el aire a menores niveles es un muy buen aislante eléctrico. 

Dinamo del    Viento Solar

Por supuesto que las corrientes eléctricas necesitan circular en un circuito cerrado, pero aún no estamos seguros donde o como se cierran estos circuitos. Para algunas de estas corrientes, una suposición frecuente (probablemente una simplificación) es que los distantes extremos de las líneas de campo que las transportan introduciéndolas dentro del viento solar (que puede conducir la electricidad), de forma parecida a los hilos que Faraday introdujo dentro del agua bajo el puente de Waterloo (vea la sección sobre las dinamos). Esto crearía una dinamo que trazaría su energía desde el flujo del viento solar. 

La aurora polar está generada por electrones moviéndose hacia la Tierra mientras transportan esa corriente. Ganan velocidad del voltaje conductor y después de alcanzar la atmósfera, se destruyen en átomos de oxígeno o nitrógeno, causando la emisión de luz. La aurora típica tiene un extraño brillo verdoso, emitido por el oxígeno. 

Sepa que todo lo que ha precedido es una imagen muy simplificada, donde se han omitido muchos detalles. Desgraciadamente, una descripción completa de la magnetosfera terrestre y sus interesantes fenómenos está completamente fuera del alcance de esta breve presentación. Se puede encontrar mucha más información en la exposición "

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