Asimetría magnética estacional y chorros de plasma supersónico en la ionosfera

La misión Swarm detecta asimetría magnética estacional y chorros de plasma supersónico.

Sabemos que las fuertes corrientes eléctricas en la atmósfera superior que forman las auroras (corriente de Birkeland) varían según la estación. Pero ahora la misión Swarm de la ESA ha descubierto que esta variación estacional no es la misma en las regiones polares norte y sur.

La Misión ‘Swarm’ de la ESA para investigar el campo magnético de la Tierra. Si lo desean pueden activar los subtítulos en español usando los iconos que se ofrecen en la parte inferior derecha del vídeo:

                                

No fue hasta la década de 1970, con la llegada de los satélites científicos, que estas corrientes fueron confirmadas por mediciones directas en el espacio

Las mediciones actuales del campo magnético efectuadas por la constelación de satélites Swarm de la ESA están permitiendo comprender más acerca de estas poderosas corrientes, que transportan hasta 1 TW (teravatio) de energía eléctrica a la atmósfera superior. Esto es aproximadamente 30 veces la energía consumida en la ciudad de Nueva York durante una ola de calor.

Para la meteorología espacial es importante entender la interacción entre estas corrientes y el viento solar que bombardea nuestro planeta y que potencialmente puede causar apagones en la red eléctrica y apagones de comunicación.

Los nuevos resultados presentados esta semana en la reunión científica de Swarm en Canadá, muestran como tres años de mediciones de la misión se combinaron con mediciones del anterior satélite Champ de Alemania para producir mapas climatológicos globales de estas corrientes.

Asimetría estacional. Crédito ESA.

Estos resultados también muestran diferencias entre corrientes en el hemisferio norte y sur, cómo cambian con la estación y cómo varían según la fuerza del viento solar. La interacción entre el campo magnético terrestre y el campo magnético interplanetario (IMF) que es parte del campo magnético del Sol llevado por el viento solar, depende de cómo esté orientado este campo interplanetario. Es decir, si el campo magnético interplanetario apunta al norte, la corriente de viento solar apenas puede entrar en la magnetosfera y llegar a la Tierra porque la orientación es paralela al campo magnético de la Tierra. Sin embargo, si el campo magnético interplanetario apunta hacia el sur, esto permite establecer una conexión con el campo magnético de la Tierra facilitando la entrada de estas partículas solares cargadas. Es lo que exponemos como condiciones favorables para tormentas geomagnéticas.

Campo magnético terrestre y su interacción con el viento solar. Crédito ESA.

Por lo tanto, las corrientes de Birkeland también tienden a ser débiles para un campo interplanetario hacia el norte (Bz+) y fuertes para un campo hacia el sur (Bz-).

Es importante destacar que estos nuevos resultados también revelan que la fuerza de las corrientes no es la misma en ambos hemisferios. Estas diferencias hemisféricas pueden relacionarse con la asimetría en el campo magnético principal de la Tierra.

De hecho, los dos polos geomagnéticos terrestres no son geométricamente opuestos entre sí, y la intensidad del campo magnético no es igual en el norte ni en el sur. Esto implican que el acoplamiento ionosfera-magnetosfera es diferente en los dos hemisferios.

En particular, el polo magnético está más desplazado con respecto al polo geográfico en el sur comparado con el norte, lo que conduce a diferentes variaciones en ambos hemisferios magnéticos. Debido a estas diferencias, los dos hemisferios no responden simétricamente al viento solar.

Diferencia entre verano e invierno en la asimetría e intensidad de la corriente dependiendo de la polaridad del campo magnético interplanetario y el hemisferio. Azul norte. Magenta Sur. Crédito ESA.

 

Swarm también ha llevado al descubrimiento de chorros supersónicos de plasma en esta parte superior de nuestra atmósfera que pueden llegar a  temperaturas de hasta casi 10.000°C.

Bill Archer, de la Universidad de Calgary, explicó que usando datos de los instrumentos de campo eléctrico de Swarm, descubrieron que estos fuertes campos eléctricos también impulsan chorros de plasma supersónicos. «Los chorros, que llamamos» flujos fronterizos actuales de Birkeland «, marcan claramente el límite entre las hojas corrientes que se mueven en dirección opuesta y conducen a condiciones extremas en la atmósfera superior.

Estos flujos o chorros pueden conducir a la ionosfera a temperaturas cercanas a los 10.000°C y cambiar su composición química. También causan que la ionosfera fluya y se expanda hacia arriba a altitudes más altas donde la energización adicional puede conducir a la pérdida de material atmosférico al espacio.

Desde que fueron lanzados en 2013, los satélites Swarm están midiendo y desvelando las diferentes señales magnéticas que provienen del núcleo de la Tierra, el manto, la corteza, los océanos, la ionosfera y la magnetosfera.

Así como un conjunto de instrumentos para realizar la labor científica, cada satélite tiene un instrumento de campo eléctrico situado en la parte delantera para medir la densidad del plasma, la deriva y la velocidad.

Rune Floberghagen, responsable de la misión de Swarm de la ESA, dijo: «El instrumento de campo eléctrico es el primer generador de imágenes ionosféricas  en órbita, por lo que es muy emocionante ver esos fantásticos resultados gracias a este nuevo instrumento.» «La flota Swarm realmente está abriendo nuestros ojos al funcionamiento del planeta de profundo en el núcleo de la Tierra a la parte más alta de nuestra atmósfera.»

Imagen de portada:

Swarm es la primera constelación de satélites de observación de la Tierra diseñada para medir las señales magnéticas del núcleo, el manto, la corteza, los océanos, la ionosfera y la magnetosfera de la Tierra, proporcionando datos que permitirán a los científicos estudiar las complejidades de nuestro campo magnético.

 

Las diferentes fuentes que contribuyen al campo magnético medido por Swarm. Las corrientes de acoplamiento o las corrientes alineadas al campo magnético fluyen  entre la magnetosfera y la ionosfera.

 

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