Magnetosfera de la Tierra: características, estructura, gases
La magnetosfera de la Tierra es la envoltura magnética del planeta contra la corriente de partículas cargadas que el Sol emite continuamente. Es originada por la interacción entre su propio campo magnético y el viento solar.
No es una propiedad única de la Tierra, ya que son muchos los otros planetas del sistema solar que disponen de su propio campo magnético como son: Júpiter, Mercurio, Neptuno, Saturno o Urano.
Esta corriente de materia que fluye desde las capas externas de nuestra estrella, lo hace en forma de materia enrarecida, llamada plasma. Este se considera el cuarto estado de la materia, semejante al estado gaseoso, pero en el que las altas temperaturas han proporcionado carga eléctrica a las partículas. Consiste fundamentalmente en protones y electrones libres.
La corona solar emite estas partículas con tanta energía, que pueden escapar de la gravedad, en un flujo continuo. Es el llamado viento solar, que posee un campo magnético propio. Su influencia se extiende por todo el Sistema Solar.
Gracias a la interacción entre el viento solar y el campo geomagnético, se forma una zona de transición que encierra a la magnetosfera terrestre.
El viento solar, que posee una elevada conductividad eléctrica, se encarga de distorsionar el campo magnético terrestre, y lo comprime en el lado que da hacia el Sol. Este lado se denomina lado día. En el lado opuesto, o lado noche, el campo se aleja del Sol y sus líneas se estiran formando una especie de cola.
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El viento solar modifica las líneas de campo magnético terrestre. De no ser por él, las líneas quedarían expandidas hasta el infinito, como si de un imán de barra se tratara. La interacción entre el viento solar y el campo magnético de la Tierra da origen a tres regiones:
1) Zona interplanetaria, donde la influencia del campo magnético terrestre no es perceptible.
2) Magnetofunda o magnetoenvoltura, siendo la zona donde ocurre la interacción entre el campo terrestre y el viento solar.
3) Magnetosfera, es la región del espacio que contiene al campo magnético de la Tierra.
La magnetofunda está limitada por dos superficies muy importantes: la magnetopausa y el frente de choque.
La magnetopausa es la superficie límite de la magnetosfera, aproximadamente a 10 radios terrestres en el lado día, pero puede comprimirse aún más, sobre todo cuando se desprenden grandes cantidades de masa de la corona solar.
Por su parte, el frente de choque o arco de choque es la superficie que separa la magnetofunda de la zona interplanetaria. Es en este borde donde la presión magnética comienza a frenar a las partículas del viento solar.
En el diagrama de la figura 2, en la magnetosfera o cavidad que contiene al campo magnético terrestre, se distinguen zonas bien diferenciadas:
– Plasmaesfera
– Hoja de plasma
– Magnetocola o cola magnética
– Punto neutro
Plasmaesfera
La plasmaesfera es una zona formada por un plasma de partículas provenientes de la ionosfera. Allí también van a parar partículas provenientes directamente de la corona solar que han logrado colarse.
Todas ellas forman un plasma que no es tan energético como el del viento solar.
Esta región comienza a 60 km sobre la superficie terrestre y se extiende hasta 3 o 4 veces el radio terrestre, incluyendo a la ionosfera. La plasmaesfera gira junto a la Tierra y se superpone parcialmente con los famosos cinturones de radiación de Van Allen.
Magnetocola y hoja de plasma
El cambio en la dirección del campo terrestre a causa del viento solar, origina la magnetocola, y además una zona confinada entre líneas de campo magnético con direcciones opuestas: la hoja de plasma, también conocida como hoja de corriente, de varios radios terrestres de espesor.
Punto neutro
Finalmente el punto neutro es un lugar donde la intensidad de la fuerza magnética se anula por completo. En la figura 2 se muestra uno de ellos, pero hay más.
Entre la parte diurna y nocturna de la magnetopausa hay una discontinuidad, llamada cúspide, donde las líneas de fuerza magnética convergen hacia los polos.
Es la causa de las auroras boreales, ya que las partículas del viento solar giran en espiral siguiendo las líneas magnéticas. Así logran llegar hasta la atmósfera superior de los polos, ionizando el aire y formando plasmas que emiten luz de colores brillantes y rayos X.
La magnetosfera contiene cantidades apreciables de plasma: un gas ionizado de baja densidad formado por iones positivos y electrones negativos, en proporciones tales que el conjunto es casi neutro.
La densidad del plasma es muy variable y está comprendida entre 1 a 4000 partículas por centímetro cúbico, dependiendo de la zona.
Los gases que originan el plasma de la magnetosfera provienen de dos fuentes: el viento solar y la ionosfera terrestre. Estos gases forman en la magnetosfera un plasma conformado por:
– Electrones
– Protones y un 4% de [PARECE INCOMPLETO]
– Partículas alfa (iones de helio)
En el interior de estos gases se crean complejas corrientes eléctricas. La intensidad de corriente del plasma en la magnetosfera es de aproximadamente 2 x 1026 iones por segundo.
De igual manera se trata de una estructura sumamente dinámica. Por ejemplo, dentro de la plasmaesfera, la vida media del plasma es de varios días y su movimiento principalmente de rotación.
En cambio, en regiones más externas de la lámina de plasma, la vida media es de horas y su movimiento es dependiente del viento solar.
El viento solar proviene de la corona solar, la capa exterior de nuestra estrella, que está a temperatura de algunos millones de Kelvin. Chorros de iones y electrones salen disparados desde allí y se dispersan por el espacio a razón de 109 kg/s o 1036 partículas por segundo.
Los gases que provienen del viento solar, muy calientes, se reconocen por su contenido de iones de hidrógeno y helio. Una parte logra entrar en la magnetosfera a través de la magnetopausa, mediante un fenómeno llamado reconexión magnética.
El viento solar constituye una fuente de pérdida de materia y de momento angular del Sol, que forma parte de su evolución como estrella.
La principal fuente del plasma de la magnetosfera es la ionosfera. Allí los gases predominantes son el oxígeno y el hidrógeno que vienen de la atmósfera terrestre.
En la ionosfera sufren un proceso de ionización a causa de la radiación ultravioleta y otras radiaciones de alta energía, provenientes mayormente del Sol.
El plasma de la ionosfera es más frío que el del viento solar, sin embargo una pequeña fracción de partículas rápidas del mismo es capaz de vencer la gravedad y el campo magnético, así como de ingresar a la magnetosfera.
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