El canto magnético de la Tierra durante una tormenta solar

Gracias a datos de la misión Cluster de la ESA, ha sido posible grabar el enigmático “canto” que produce la Tierra cuando es azotada por una tormenta solar.

Este canto procede de las ondas que dicha tormenta genera al colisionar con el campo magnético terrestre. La tormenta en sí se debe a la erupción de partículas cargadas eléctricamente y procedentes de la atmósfera del Sol.

Un equipo liderado por Lucile Turc, antigua becaria de investigación de la ESA que ahora trabaja en la Universidad de Helsinki (Finlandia), descubrió este fenómeno tras analizar datos del Archivo Científico de Cluster. Este archivo permite acceder a todos los datos obtenidos durante las casi dos décadas que la misión Cluster lleva operativa.

Cluster está compuesta por cuatro sondas que orbitan la Tierra en formación tetrahédrica, investigando el entorno magnético de nuestro planeta y su interacción con el viento solar, el flujo constante de partículas que el Sol libera al Sistema Solar.

Como parte de sus órbitas, las sondas atraviesan repetidamente la región prechoque (foreshock), que es la primera región a la que llegan las partículas cuando una tormenta solar golpea nuestro planeta. El equipo vio que entre 2001 y 2005, a principios de la misión, la constelación de naves estuvo presente en seis de estas colisiones y registró las ondas generadas.

El nuevo análisis muestra que la región prechoque acaba liberando durante la colisión ondas magnéticas mucho más complejas de lo que se creía originalmente. “Nuestro estudio revela que las tormentas solares modifican profundamente la región prechoque”, apunta Lucile.

Cuando las frecuencias de estas ondas magnéticas se transforman en señales audibles, dan lugar a un sonido sorprendente, que recuerda más a los efectos sonoros de una película de ciencia ficción que a un fenómeno natural.

El canto magnético de la Tierra en condiciones meteorológicas de calma espacial

En momentos de calma, cuando la Tierra no experimenta tormenta solar alguna, este sonido es más grave y menos complejo, y una única frecuencia domina la oscilación. En cambio, cuando se produce una tormenta solar, la frecuencia de la onda más o menos se duplica y la frecuencia precisa de las ondas resultantes depende de la fuerza del campo magnético de la tormenta.

“Es como si la tormenta cambiase el tono de la región prechoque”, explica Lucile.

Canción del campo magnético de la Tierra durante una tormenta solar

Y eso no es todo, ya que no solo cambia la frecuencia de la onda, sino que resulta mucho más complicada que la frecuencia única presente en momentos de calma. Una vez que la tormenta alcanza la región prechoque, la onda se divide en una compleja red de distintas frecuencias más elevadas.

Las simulaciones por ordenador de la región prechoque, efectuadas con un modelo llamado Vlasiator, desarrollado en la Universidad de Helsinki, muestran el intrincado patrón de ondas que aparece durante las tormentas solares.

Los cambios en esta región tienen la capacidad de afectar a la forma en que se propaga la tormenta solar hasta la superficie terrestre. Aunque aún no se sabe exactamente cómo tiene lugar este proceso, está claro que la energía generada por las ondas en la región prechoque no puede escapar de vuelta al espacio, ya que la tormenta solar en camino empuja las ondas hacia la Tierra.

Simulación de la región prechoque de la Tierra en condiciones meteorológicas de calma espacial

Sin embargo, antes de llegar a la atmósfera las ondas encuentran una nueva barrera, el arco de choque: la región magnética del espacio que desacelera las partículas de viento solar antes de que colisionen con el campo magnético terrestre. El impacto de las ondas magnéticas modifica el comportamiento del arco de choque y es posible que cambie la forma en que procesa la energía procedente de la tormenta solar.

Tras el arco de choque, los campos magnéticos de la Tierra comienzan a resonar a la frecuencia de las ondas, lo que contribuye a transmitir la perturbación magnética hasta el suelo. Se trata de un proceso rápido, pues apenas dura diez minutos desde que se genera la onda en la región prechoque hasta que su energía llega al suelo.

Lucile y sus colaboradores ahora están trabajando por comprender exactamente cómo se generan esas ondas complejas.

“Nos esperábamos un cambio en la frecuencia, pero no en el nivel de complejidad de la onda”, añade.

Simulación de la región prechoque de la Tierra durante una tormenta solar

Las tormentas solares forman parte de la meteorología espacial. Mientras que el viento solar sopla siempre, las liberaciones explosivas de energía cerca de la superficie solar generan turbulencias y ráfagas que pueden dar lugar a tormentas solares.

Entender la meteorología espacial es cada vez más importante para la sociedad, debido a los efectos dañinos que las tormentas solares pueden tener en los aparatos electrónicos y en la tecnología, tanto en tierra como en el espacio. Hoy es más importante que nunca comprender cómo las perturbaciones provocadas por la meteorología espacial, como las tormentas solares, se propagan por el Sistema Solar y llegan a la Tierra, algo a lo que contribuirá enormemente la próxima misión Solar Orbiter de la ESA, cuyo lanzamiento está previsto para febrero de 2020.

Además de aportar nuevos datos para ampliar nuestros conocimientos, este nuevo estudio científico basado en la misión Cluster tendrá un papel más importante en nuestra comprensión del Universo. Los campos magnéticos son omnipresentes, por lo que este tipo de interacción compleja que hemos visto en la región prechoque de la Tierra puede producirse en distintos entornos cósmicos, incluidos exoplanetas que orbitan cerca de su estrella progenitora, ya que estarían inmersos en intensos campos magnéticos.

“Este es un ejemplo excelente de cómo Cluster sigue ampliando nuestros conocimientos de la conexión Sol-Tierra aunque hayan pasado años desde que se obtuvieron los datos originales”, reconoce Philippe Escoubet, científico del proyecto Cluster de la ESA.

“Los resultados nos permiten ahondar en los detalles de las interacciones magnéticas fundamentales que tienen lugar a través del Universo”.

Notas para los editores
El artículo “First observations of the disruption of the Earth’s foreshock wave field during magnetic clouds”, de L. Turc et al., está publicado en Geophysical Research Letters.
Los archivos de audio con la sonificación de las mediciones de Cluster están disponibles en la página de Soundcloud de la ESA.

Para más información:
Lucile Turc
Department of Physics
University of Helsinki, Finland
Correo electrónico: [email protected]
Philippe Escoubet
Cluster Project Scientist
European Space Agency
Correo electrónico: [email protected]

ESA www.esa.int