El cambiante e irregular campo magnético de la Tierra está causando dolores de cabeza a los científicos
El núcleo externo líquido fundido de la Tierra, compuesto principalmente de hierro y níquel, ejerce un campo electromagnético que se extiende desde los polos norte y sur y protege al planeta de la dañina radiación de partículas solares
Las fluctuaciones en la fuerza del campo magnético de la Tierra, causadas por cambios diarios en la estructura del viento solar y tormentas solares intermitentes, pueden afectar el uso de modelos de campo geomagnético que son esenciales para la navegación en satélites, aviones, barcos y automóviles.
Los modelos de campo magnético difieren según la ubicación de recopilación de datos: ya sea en la superficie de la Tierra o cerca de ella o en satélites en órbita terrestre baja.
Investigaciones anteriores han atribuido las diferencias de los modelos a los niveles de actividad del tiempo espacial, pero un análisis reciente de seis años de modelos de campos magnéticos de la Tierra y los satélites encontró que las discrepancias de los modelos también están impulsadas por errores de modelado más que por fenómenos geofísicos únicamente. Los resultados se publican en la Journal of Geophysical Research: Space Physics.
Modelos numéricos del campo magnético y datos reales: problemas por resolver
El equipo de investigación de la Universidad de Michigan evaluó las diferencias entre las observaciones de los satélites de órbita terrestre baja de la misión Swarm y un modelo de campo magnético terrestre, la decimotercera generación del Campo de Referencia Geomagnética Internacional o IGRF-13. Se centraron en las diferencias durante condiciones geomagnéticas bajas a moderadas que abarcan el 98,1% del tiempo entre los años 2014 y 2020.
Las observaciones satelitales recopiladas en diferentes lugares sobre la Tierra son sensibles a las fluctuaciones del campo magnético, mientras que los modelos del campo magnético terrestre utilizan observaciones para estimar el campo magnético interno de la Tierra sin tener en cuenta la influencia de las tormentas solares. Los modelos de campo magnético interno como IGRF-13 se utilizan para rastrear cambios en los polos magnéticos de la Tierra, como el desplazamiento del polo Norte de unos 45 km al noroeste cada año.
Comprender estas grandes diferencias es importante para la operación de satélites cuando se utiliza IGRF-13 como referencia y para la investigación sobre la física de la magnetosfera, la ionosfera y la termosfera de la Tierra.
La incertidumbre del modelo fue mayor en las regiones polares norte y sur, y un análisis estadístico reveló que la asimetría entre las regiones polares norte y sur era un factor importante que impulsaba las diferencias en los modelos.
"A menudo asumimos un campo magnético casi simétrico entre las regiones polares norte y sur, pero en realidad son muy diferentes", dijo Yining Shi, científico investigador asistente de la Universidad de Michigan, Ciencia e Ingeniería Espacial y Climática y autor correspondiente del estudio..
Los dos polos geográficos se asignan a diferentes coordenadas geomagnéticas. El polo norte se ubica alrededor de 84° de latitud magnética (MLAT) y 169° de longitud magnética (MLON), y el polo sur se ubica alrededor de −74° MLAT y 19° MLON.
La trayectoria de la órbita polar de los satélites Swarm crea un sesgo de muestreo con una alta concentración de mediciones alrededor de los polos geográficos, lo que exacerba las diferencias entre los modelos.
"Comprender que lo que se ha atribuido a perturbaciones geofísicas se debe en realidad a la asimetría del campo magnético de la Tierra nos ayudará a crear mejores modelos de campo geomagnético, así como a la navegación por satélite y por aviación", afirmó Mark Moldwin, profesor de Arthur F. Thurnau de Ciencias e Ingeniería del Clima y el Espacio en la UM y autor del estudio.
Otro problema que está causando preocupación a la comunidad de la navegación es que el campo magnético polar ha estado cambiando rápidamente durante la última década.
"Esto añade una mayor complejidad a la creación de modelos precisos de campos magnéticos", afirmó Moldwin.
Referencia
Yining Shi et al, Non‐Geophysical Interhemispheric Asymmetries in Large Magnetic Field Residuals Between Swarm Observations and Earth Magnetic Field Models During Moderate to Quiet Geomagnetic Conditions, Journal of Geophysical Research: Space Physics (2024). DOI: 10.1029/2023JA032092