#19. La Magnetopausa

La frontera magnética entre el campo magnético terrestre y el viento solar, llamada magnetopausa, tiene un frente en forma de bala, que cambia progresivamente a un cilindro. Su corte transversal es aproximadamente circular.

En la magnetosfera las distancias se miden a menudo en radios terrestres (R_E), siendo un radio terrestre de 6371 Km. ó 3960 millas. En esas unidades, la distancia desde el centro de la Tierra al "morro" de la magnetosfera es de unos 10,5 R_E y hasta los costados es de unos 15 R_E, mientras que el radio de la lejana cola es de 25-30 R_E. Por comparación, la distancia media a la Luna es de unos 60 R_E.

Sin embargo, esas son solo distancias medias: la presión del viento solar aumenta y disminuye, y cuando lo hace la magnetopausa se contrae o se expande. Por ejemplo, cuando es golpeada la frontera por un flujo rápido procedente de una eyección de masa de la corona , empuja su "morro" hasta más allá de la órbita sincrónica a 6,6 R_E, (esto ocurre normalmente varias veces al año).

Aproximadamente a los 2R_E por delante de la magnetopausa está el frente de choque permanente, como el que se forma por delante de una bala o de un avión supersónicos. Cuando ese viento solar cercano a la Tierra pasa por ese frente, se desacelera repentinamente y algo de su energía cinética se convierte en calor. Luego el viento acelera de nuevo y cuando alcanza los 100-200 R_E más allá de la Tierra, no solo ha recuperado su velocidad, sino que también ha infiltrado la cola de la magnetosfera; como y donde aún es objeto de una investigación activa.

¿Por qué el campo terrestre es un obstáculo para el viento solar?

Como se afirmó anteriormente (en la exposición sobre el viento solar), las líneas del campo magnético interplanetario (IMF) son transportadas junto al viento solar como si fueran cuerdas y como si los iones en movimiento fuesen cuentas engarzadas en ellas. Una "cuenta" ensartada en una línea de campo solar deberá permanecer siempre en esa línea de campo y, excepto que otras líneas de campo de diferentes fuentes se entrecrucen con ella, nunca estará en una línea conectada con la Tierra. Los dos plasmas, el de la Tierra y el viento solar, forman dos familias separadas y la magnetopausa es la frontera entre las dos.

Puntos Neutros y Cúspides

Algunas veces se puede romper la fuerte unión entre partículas y líneas de campo, p.e. cuando las partículas experimentan colisiones o cuando el plasma fluye a través de un "punto neutro" donde la intensidad de campo cae a cero.

Sobre un esquema de las líneas de campo magnético, esos puntos están donde las líneas se entrecruzan entre sí. La intersección de las líneas de campo parece algo sin sentido: ¿cómo pueden las líneas apuntar hacia dos direcciones a la vez? No obstante, si nuestros esquemas muestran dichos puntos, allí la intensidad de la fuerza magnética deberá ser cero, por lo que la dirección de esa fuerza es irrelevante.

Por ejemplo, se obtienen dichos puntos cuando se dibuja la configuración de la línea dentro de una magnetopausa que confine perfectamente todas las líneas de campo (dibujo superior). Habrá dos de dichos puntos, conocidos como cúspides de la magnetosfera que marcarán la separación entre las líneas que van hacia el sol y las que van hacia la cola.

Cuando se enviaron vehículos hacia la región de la cúspide, los europeos HEOS 1 y HEOS 2 (1968, 1972) y el "Hawkeye" de la Universidad de Iowa (1974), parecieron observar un campo magnético desordenado, débil pero no cero. La ausencia de un campo fuerte para rechazar el viento solar, significaba que eran "puntos débiles" en la magnetopausa y que el plasma del viento solar penetraba allí rellenando dos regiones en forma de embudo. Algunas de la partículas de plasma viajaban hasta la parte superior de la atmósfera, donde sus colisiones producían el brillo rojizo de la aurora.

Magnetosfera Libre

Un rasgo de los puntos neutros simples es que los campos magnéticos que los flanquean tienen direcciones opuestas (dibujo). Las líneas de campo dentro del "morro" de la magnetopausa apuntan hacia el norte. Por otro lado, en el momento en que el IMF tenía inclinación sur, como sus líneas de campo se habían solapado contra el morro (dibujo), tenían en general orientación sur.

En 1961 el inglés James Dungey propuso que cuando ocurría esto, se formaba un punto neutro N (o mejor dicho una "línea neutra") en algún lugar cerca del morro y cuando fluía el plasma a su través, las conexiones de las líneas de campo se realineaban. Las líneas terrestres como las numeradas "2" en el dibujo y las interplanetarias como las exteriores también numeradas como "2", cada una se abriría y se reconectaría, así que los iones que se engarzaban a lo largo de cada línea, "como cuentas en una cuerda", se dividían en dos grupos, uno fluyendo hacia el norte y otro hacia el sur.

El grupo que fluía hacia el norte emigraba hacia la línea "3" del dibujo, una "línea de campo magnético abierto" que une a la Tierra al espacio interplanetario. Algo después la línea que une esas partículas ocupará la posición "4", luego la "5". Dungey propuso que el proceso se invertía en algún punto neutro distante (o línea neutra) "6" en la lejana cola, como se ilustra aquí mediante la figura adaptada de su artículo original. Allí, las medias líneas interplanetarias se reúnen y fluyen lejos y los extremos conectados a la Tierra se juntan de nuevo.

Como el morro de la magnetosfera mantiene su posición media y no se consume por el proceso de reconstrucción, las líneas del campo magnético pasan rápidamente hacia la cola y las partículas de plasma engarzadas a su largo, deben fluir hacia atrás, hacia la Tierra, dentro de la magnetosfera. Esto (de acuerdo con Dungey), explica el gran flujo de la cola hacia el Sol, deducido de los movimientos de la aurora y fluye en la ionosfera polar sobre líneas de campo que se extienden por la cola.

El proceso de "reconexión magnética" de Dungey prevé el incremento del flujo de energía desde el viento solar hacia la magnetosfera, estableciendo una línea de campo de unión entre las dos. Sin embargo, para conseguirlo necesita una inclinación sur de las líneas del campo magnético interplanetario, una condición que solo existe aproximadamente la mitad del tiempo.

En 1966, pronto después de que comenzasen las observaciones del IMF, un estudiante de Dungey, Don Fairfield, notó una fuerte correlación entre esas inclinaciones hacia el sur y las tempestades del campo magnético ("actividad magnética"). Actualmente el "IMF hacia el sur" es reconocido como el factor más importante de promover la formación de tormentas y subtormentas en la magnetosfera, mucho más importante que el aumento de la velocidad o la presión del viento solar, número de manchas solares, etc... Esta conexión apoya la idea de Dungeys de una "magnetosfera abierta", aunque es difícil de hallar las evidencias por la observación de la interconexión de las líneas de campo.

¿Reconexión con un IMF de dirección Norte ?

En la figura de la cúspide norte, a la derecha, todas las líneas del campo magnético están dirigidas hacia la Tierra. Se observa que cerca de la magnetopausa, las líneas localizadas hacia el ecuador de la cúspide están dirigidas hacia el norte, pero las más distantes apuntan hacia el sur. Si la reconexión magnética requiere líneas dirigidas en direcciones opuestas, puede sugerir no solo que cuando las líneas IMF se inclinan hacia el sur, se reconectan cerca del "morro" de la magnetosfera (como propuso Dungey), pero también que cuando la IMF se inclina hacia el norte, se reconectará hacia el polo de la cúspide, como propuso el japonés Maezawa. Es una forma extraña de reconexión que afecta principalmente la cola lejana, cuya estructura aun no está completamente clara.

Actualmente (2000), el vehículo espacial "Polar" está en una órbita alargada elevándose sobre el casquete polar norte a distancias de más de 9 R_E. La magnetopausa está normalmente más allá, pero en momentos de alta presión de viento solar, el "Polar" se ha localizado en la región cúspide e incluso fuera de la magnetopausa. El 29 de marzo de 1996, ocurrió así durante un momento de fuerte IMF hacia el norte y se observaron aspectos que podrían haberse originado en esta extraña forma de reconexión.

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Glosario

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Author and Curator: Dr. David P. Stern
Escríbele al Dr.Stern: (English, please): education("at" symbol)phy6.org

Co-author: Dr. Mauricio Peredo

Spanish translation by J. Méndez

Last updated 20 February 2000, traducir 8 May 2001