Magnetosfera y tormentas magnéticas

A. González Arias

¿Quién no conoce la existencia del campo magnético terrestre, que permite la orientación geográfica mediante la brújula?  Junto a la estrella polar, sirvió de guía a los viajeros durante siglos (figura 1). Hoy día también tenemos el GPS (Global Positional System) que realiza la misma función con mucha mayor precisión, apoyándose en un sistema de 24 satélites que circunvalan la Tierra. (Lo que no desmerece, ni mucho menos, la utilidad de la brújula).

Pero es mucho menos conocido que el campo magnético terrestre realiza una segunda y mucha más importante función.  Protege nuestro planeta de los excesos de la radiación solar, hasta el punto que se ha estimado que, de no existir el campo magnético, la Tierra sería un sitio seco y árido como Marte.  El viento solar habría arrastrado al espacio su agua y su atmósfera desde hace muchísimos años.

El viento solar.

   Es un flujo de partículas cargadas –principalmente protones y electrones de alta velocidad- que inciden continuamente sobre la Tierra, provenientes del Sol.  Las partículas logran escapar de la atracción gravitatoria solar porque alcanzan gran energía cinética y velocidad a causa de las altas temperaturas.

De manera similar a como el agua se desvía al chocar con la proa de una embarcación y la rodea, al interaccionar con el campo terrestre las fuerzas magnéticas hacen que el viento solar cambie de rumbo -sin modificar su energía- en una región del espacio llamada el arco de choque (figura 2).  Las partículas prosiguen su movimiento formando una larga cola alrededor de la Tierra o girando a su alrededor, creando así una especie de cubierta o envoltura, la magnetofunda.  Algunas partículas logran atravesar esa primera barrera magnética, pero son atrapadas más adentro, en los denominados cinturones de radiación de Van Allen. 

   Otras logran finalmente ‘colarse’ y llegar hasta la atmósfera a través de las cúspides en los polos Norte y Sur, interaccionando con los gases de las capas superiores.  La interacción se puede observar a simple vista, y es la que da origen a las auroras (boreal y austral), fenómeno muy común en las regiones polares, pero que rara vez se manifiesta cerca de los trópicos. Un efecto adicional de esta interacción electromagnética es que modifica las corrientes eléctricas en la ionosfera, región donde se reflejan las ondas de radio. De aquí que, cuando la radiación es intensa puede perturbar notablemente las comunicaciones, y afectar incluso los instrumentos electrónicos más sensibles.

Tormentas magnéticas.

   La tormenta magnética es una perturbación transitoria global del campo magnético terrestre. Consiste en un descenso bien definido de la intensidad del campo en todo el planeta, no mayor del 0.5%. Dura entre 12 y 24 horas, seguido por una recuperación gradual que persiste de 1 a 4 días. La disminución es causada por un campo magnético sobrepuesto que se suma al campo terrestre en dirección contraria, reduciendo su valor.  Se genera en el cinturón exterior de radiación que circunvala al planeta, cuando la corriente de anillo es reforzada por los protones procedentes de alguna erupción solar violenta. La corriente se encuentra a una distancia entre 3 y 5 veces el radio de la tierra, en su plano ecuatorial.  Vista desde el norte el sentido de giro es el de las agujas del reloj (figura 3).

Existen laboratorios que monitorean continuamente la intensidad del campo magnético terrestre en la superficie.  El observatorio Kakioka, en Japón, publica el registro diario en su sitio WEB⁽¹⁾.

La relación entre las tormentas magnéticas y las manchas solares es bien conocida desde finales del siglo XIX. Cuando son visibles grandes manchas solares es mucho más probable que aparezca una gran tormenta magnética. El intenso campo magnético asociado a las manchas va unido a fulguraciones y eyecciones de sustancia en la corona solar.  Es así como se proyectan nubes de plasma hacia el espacio interplanetario en direcciones bien definidas.  Si una de esas eyecciones se orienta hacia la Tierra, su frente de onda dará origen a una tormenta magnética. 

   El 13 de marzo de 1989 una tormenta severa hizo colapsar las redes eléctricas en Québec, Canadá.  En cuestión de segundos muchos circuitos de protección se desconectaron.  Seis millones de personas quedaron sin energía eléctrica durante nueve horas, con grandes pérdidas económicas.  Esta excepcional tormenta produjo auroras boreales a distancias tan lejanas del polo como es el sur de Texas.  Fue el resultado de una gran una emisión de masa en la corona solar que tuvo lugar 4 días antes.

¿Son dañinas las tormentas magnéticas?

Es bien conocido que la exposición directa a la radiación de partículas de alta energía, como las que componen el viento solar, pueden causar enfermedad por radiación a personas y animales. El mecanismo es el mismo al que tiene lugar durante las explosiones o accidentes nucleares: las partículas atraviesan los tejidos causando daños microscópicos en las células.  La radiación puede afectar los cromosomas, causar cáncer, o servir de plataforma para otros problemas de salud.  Dosis muy grandes son fatales de inmediato.

   La atmósfera y la magnetosfera proporcionan un nivel adecuado de protección en la superficie terrestre, pero los cosmonautas que se encuentran en órbita están sujetos a dosis potencialmente letales.  Éste es otro de los problemas ineludibles que hay que resolver durante los vuelos espaciales. También existe actualmente preocupación acerca de los vuelos comerciales a grandes alturas, sobre todo en aquellos cuyos recorridos están cercanos a los polos.  Se piensa que a esa altitud el incremento de la concentración de partículas pudiera afectar negativamente a las personas o a los instrumentos.  Los estudios realizados hasta el momento muestran indicios, pero no son concluyentes.

   Existe mucha especulación acerca de si la ‘lluvia’ de partículas asociadas a las tormentas magnéticas puede o no afectar a las personas en la superficie terrestre, pero los estudios realizados hasta el momento tampoco muestran resultados definitorios.  Un reporte del año 2000 publicado en el Astronomical & Astrophysical Transactions⁽²⁾ bajo el título “Confirmación experimental del efecto bioefectivo de las tormentas magnéticas” basa sus resultados en un método de diagnóstico muy cuestionado por la comunidad científica: la electropuntura de Voll. Estudios más recientes, basados en mediciones de mayor confiabilidad, indican una cierta conexión estadística entre las tormentas magnéticas y la presión arterial⁽³⁾, aunque las variaciones observadas son muy pequeñas.  Esos estudios aún no han sido reproducidos por otros investigadores.

1.- http://www.kakioka-jma.go.jp/en/index.html

2.- Volume 19, Issue 1, 2000.

3. - Advances in Space Research 43, p641–648, 2009.

Figura 1.  Campo magnético terrestre.  Como los polos de distinto signo se atraen, para que el norte o positivo de la brújula apunte al norte geográfico, la Tierra debe comportarse como un imán con su polo norte ubicado en el sur.

Figura 2.  Magnetosfera y viento solar.

Figura 3. Corriente de anillo.  La integran esencialmente protones, núcleos de helio e iones positivos de oxígeno O⁺, posiblemente expulsados de la ionosfera. Su dirección es tal que genera un campo magnético opuesto al terrestre.