La magnetosfera terrestre funciona como un colador del viento solar

El cuarteto de satélites de la Agencia Espacial Europea (ESA) dedicado al estudio de la magnetosfera terrestre, Clúster, ha descubierto que nuestra burbuja protectora deja pasar el viento solar en un mayor rango de condiciones de lo que se pensaba.

El campo magnético terrestre es la primera línea de defensa de nuestro planeta ante el bombardeo del viento solar, una corriente de plasma expulsada por el Sol que viaja a través del Sistema Solar arrastrando su propio campo magnético.

En función de cómo esté alineado el campo magnético interplanetario (IMF) del viento solar con el campo magnético terrestre, se producen distintos fenómenos en las inmediaciones de nuestro planeta.

Uno de los procesos mejor conocidos es la reconexión magnética, que se produce cuando líneas de campo que apuntan en direcciones opuestas se abren de forma espontánea y se reconectan con otras líneas cercanas. Esto expulsa su carga de plasma hacia la magnetosfera, dejando la puerta abierta para que el viento solar alcance la Tierra.

Bajo ciertas circunstancias esto puede influir en la ‘meteorología espacial’, generando espectaculares auroras, interrumpiendo las señales de GPS o afectando a los sistemas eléctricos en tierra.

Descubrimiento previo: la pausa magnética

En el año 2006, Clúster realizó un sorprendente descubrimiento: unos enormes remolinos de plasma que se extendían a lo largo de más de 40.000 kilómetros en el límite de la magnetosfera – la magnetopausa -. Estos remolinos dejaban pasar el viento solar incluso cuando el campo magnético terrestre y el IMF estaban alineados.

Dichos remolinos se encontraban a latitudes ecuatoriales, donde la alineación entre los dos campos magnéticos es mayor. Estos vórtices están regulados por el proceso conocido como efecto Kelvin-Helmholtz (KH), que se produce en la naturaleza cuando hay un gradiente de velocidad en la interfaz entre dos flujos adyacentes.

Este fenómeno es el responsable de la formación de olas bajo la acción del viento que sopla sobre la superficie del mar, o de las nubes en la atmósfera.

El análisis de los datos recogidos por Clúster revela que las inestabilidades KH se pueden producir en otras regiones de la magnetopausa, y en distintas configuraciones del IMF, constituyendo un mecanismo que permite el transporte continuo de viento solar hacia el interior de la magnetosfera terrestre.

“Descubrimos que cuando el campo magnético interplanetario llega en dirección este u oeste, la mayor parte de la capa límite de la magnetosfera a altas latitudes experimenta inestabilidades KH. Estas regiones están bastante alejadas de donde se había observado este fenómeno antes”, explica Kyoung-Joo Hwang, del Centro Goddard de la NASA y autor principal del artículo que presenta estos resultados en el Journal of Geophysical Research.

“De hecho, resulta difícil imaginar una situación en la que el plasma del viento solar no pueda filtrarse en la magnetosfera, ya que no es una burbuja magnética perfecta”.

Filtro continuo del viento solar

Estos resultados confirman las predicciones teóricas y están de acuerdo con las simulaciones realizadas por los autores de este estudio.
“El viento solar puede entrar en la magnetosfera en un rango de ubicaciones y condiciones que no conocíamos hasta ahora”, añade Melvyn Goldstein, también del Centro Goddard de la NASA y coautor de esta publicación.

“Todo esto sugiere que la magnetopausa actúa como una especie de ‘colador’ que permite que el viento solar se filtre de forma continua hacia la magnetosfera”.

Las inestabilidades KH también se han detectado en las magnetosferas de Mercurio y de Saturno. Según este estudio, en estos planetas también podrían constituir un mecanismo de transporte continuo de viento solar hacia sus respectivas magnetosferas.

“Las observaciones de Clúster nos ayudan a comprender mejor el comportamiento del viento solar y su interacción con la magnetosfera, que es la clave para el estudio de la meteorología espacial”, explica Matt Taylor, científico del proyecto Clúster para la ESA.

“En este caso, la (relativamente) poca separación entre los cuatro satélites de Clúster mientras cruzaban la magnetopausa diurna a altas latitudes nos ha permitido echar una mirada microscópica al proceso que rasga la magnetopausa, dejando pasar a las partículas procedentes del Sol”, concluye Taylor.

Referencia bibliográfica:

K.-J Hwang et al., The first in situ observation of Kelvin-Helmholtz waves at high-latitude magnetopause during strongly dawnward interplanetary magnetic field conditions, the Journal of Geophysical Research 117. Doi:10.1029/2011JA017256.