El escudo magnético de la Tierra

Cómo la Tierra frena el viento del Sol, y qué hace una tormenta solar

Paso a paso

La Tierra es un imán

El hierro fundido que se agita en el núcleo externo de la Tierra crea un campo magnético. En el suelo es unas cien veces más débil que un imán de nevera, pero llega muy lejos en el espacio. Sus polos están a unos 9° del eje sobre el que gira la Tierra.

Casi a medio camino del centro de la Tierra está el núcleo externo: un océano de hierro líquido a miles de grados. El calor que sube desde abajo lo mantiene en movimiento, y el giro de la Tierra retuerce las corrientes en espirales. El hierro en movimiento lleva corrientes eléctricas, las corrientes eléctricas crean un campo magnético, y el campo mantiene las corrientes: una dinamo natural que funciona desde hace miles de millones de años.

Las líneas muestran la forma del campo: la aguja de una brújula se alinea con ellas. Salen de la Tierra en el hemisferio sur y vuelven a entrar cerca del norte, así que el polo al que apunta una brújula es, en rigor, un polo sur magnético.

Los polos magnéticos se desplazan, y cada pocos cientos de miles de años, de media, el campo se invierte: el norte y el sur se intercambian. La última inversión fue hace unos 780.000 años. La lava registra la dirección del campo al enfriarse, así que las rocas antiguas guardan un diario de cada inversión.

El viento del Sol

La atmósfera exterior del Sol, la corona, está cientos de veces más caliente que su superficie visible, tanto que la gravedad del Sol no puede retenerla. Se escapa al espacio en todas direcciones como viento solar. Eugene Parker lo predijo en 1958, y las naves espaciales lo confirmaron pocos años después.

El viento es plasma: gas tan caliente que sus átomos se han roto en partículas con carga, sobre todo protones y electrones. Es muy tenue, apenas unas pocas partículas en el espacio de un terrón de azúcar, más vacío que el mejor vacío logrado en un laboratorio. Aun así, nunca se detiene, y lleva el campo magnético del Sol por todo el sistema solar.

Las partículas con carga no pueden cruzar fácilmente las líneas del campo magnético; en cambio, giran en espiral a su alrededor. Por eso el campo de la Tierra funciona como un escudo que desvía el viento alrededor del planeta. Marte no tiene un campo global así, y a lo largo de miles de millones de años el viento solar le ha arrancado buena parte de su aire.

El escudo

El viento solar viaja más rápido que cualquier onda que pudiera adelantarse por él para avisarle del obstáculo. Por eso no puede rodear la Tierra con suavidad: frena de golpe y se calienta en el choque de proa, como la ola que se forma delante de un barco en marcha.

Pasado el choque, el viento ya frenado fluye alrededor de la magnetopausa, donde el empuje del viento y el del campo terrestre se equilibran. Ese es el borde de la magnetosfera, la burbuja magnética de la Tierra: dentro manda el campo de la Tierra; fuera, el viento del Sol.

La burbuja está aplastada por el lado que mira al Sol y muy estirada por detrás, como una manga de viento. Su tamaño cambia con el viento: cuando sopla más fuerte, la magnetopausa se acerca a la Tierra. En el espacio ambos límites son invisibles; aquí se dibujan como láminas luminosas.

Una cola más allá de la Luna

En el lado nocturno, el viento solar arrastra el campo de la Tierra y lo estira en una larga cola, la cola magnética. Nadie sabe exactamente cuánto mide. Las naves la han encontrado mucho más allá de la Luna, y quizá llegue a más de 15 veces la distancia a la Luna.

Por el centro de la cola corre la lámina de plasma, una capa de partículas calientes con carga. Por encima y por debajo, las líneas del campo apuntan en sentidos opuestos, estiradas como gomas elásticas y acumulando energía del viento solar. Cuando se recogen de golpe, esa energía enciende las auroras, como muestra un paso posterior.

La Luna pasa unos seis días al mes dentro de la cola, desde tres días antes de la luna llena hasta tres días después. Allí queda protegida del viento solar, y la sonda japonesa Kaguya descubrió oxígeno de la alta atmósfera terrestre que llegaba hasta ella.

Los cinturones de radiación

Una partícula con carga gira en espiral alrededor de una línea del campo magnético. Cerca de los polos, donde las líneas se juntan y el campo se hace más fuerte, la espiral se estrecha hasta que la partícula da media vuelta, como si rebotara en un espejo. Así rebota de polo a polo en un segundo o menos, mientras se desplaza alrededor de toda la Tierra, y puede quedar atrapada durante años.

El cinturón interior contiene sobre todo protones de enorme energía, y apenas cambia. El exterior es sobre todo de electrones y cambia sin parar: una tormenta solar puede vaciarlo o llenarlo en cuestión de horas.

El Explorer 1, el primer satélite estadounidense, llevaba un contador de radiación construido por el equipo de James Van Allen. A gran altura no contaba nada en absoluto, lo que no tenía sentido hasta que el Explorer 3 mostró por qué: la radiación era tan intensa que saturaba el contador.

Con el sonido activado, estás oyendo los cinturones: ondas de radio grabadas por las sondas Van Allen de la NASA. Sus frecuencias son las mismas que las de los sonidos que oímos, así que un altavoz puede reproducirlas directamente. Ondas como estas aceleran algunos electrones y hacen caer otros hacia el aire.

Una tormenta solar

Las manchas solares son zonas más oscuras y frías donde el campo magnético del Sol atraviesa su superficie, enredado y retorcido. Cuando un campo retorcido se suelta y adopta una forma más simple, libera una energía enorme: un destello de luz y rayos X llamado fulguración, y a menudo una nube de gas lanzada al espacio con su propio campo magnético, una eyección de masa coronal.

La luz de la fulguración llega a la Tierra en unos ocho minutos; una nube tarda de uno a cuatro días. Los telescopios que vigilan el Sol avisan con unos días de antelación, pero la fuerza real de una nube solo se conoce cuando pasa junto a naves situadas cuatro veces más lejos que la Luna, menos de una hora antes de llegar hasta nosotros.

En mayo de 2024, el grupo de manchas AR 3664 era más de 15 veces más ancho que la Tierra, tan grande que se veía sin telescopio con gafas de eclipse. El Sol estaba cerca del máximo de su ciclo de 11 años, y el 8 y el 9 de mayo el grupo lanzó una nube tras otra hacia la Tierra.

Aplastado

Lo que más importa es hacia dónde apunta el propio campo de la nube. En el lado que mira al Sol, el campo de la Tierra apunta al norte. Cuando el de la nube apunta al sur, los dos son opuestos y pueden unirse, igual que los polos opuestos de dos imanes se atraen de golpe. El escudo se abre: las líneas del campo terrestre quedan enganchadas al viento, que las arrastra por encima de los polos hacia la cola y deja entrar energía.

Una nube cuyo campo apunta al norte casi siempre pasa de largo, e incluso una rápida hace poco daño. Por eso los pronosticadores no pueden saber lo fuerte que será una tormenta hasta que la nube llega a las naves que la esperan.

Auroras boreales y australes

La energía acumulada en la cola no se queda allí. Las líneas del campo estiradas se recogen de golpe hacia la Tierra, como una catapulta, y lanzan electrones a lo largo del campo. Las líneas bajan cerca de los polos, así que los electrones chocan con el aire alto en un anillo alrededor de cada polo magnético: el óvalo auroral que ves brillar aquí.

Cuando un electrón choca con un átomo de oxígeno o una molécula de nitrógeno, le da energía de más, que vuelve a salir como luz de un color exacto, igual que brilla un letrero de neón. El oxígeno da verde. Más arriba, donde el aire es más tenue, da rojo: esa luz roja tarda casi dos minutos en salir, y más abajo un choque le robaría antes la energía. El nitrógeno brilla en azul y morado.

Las auroras del norte y del sur brillan a la vez, casi como imágenes en un espejo. Otros planetas con campo magnético también las tienen: las auroras de Júpiter son más grandes que toda la Tierra.

La tormenta de mayo de 2024

Fue la tormenta más fuerte desde 2003. Se vieron auroras tan lejos de los polos como en México, la India y Namibia, y en junio el satélite CIRBE de la NASA descubrió dos cinturones nuevos de partículas que había dejado entre los de Van Allen.

A medida que la tormenta metía energía, los anillos de luz se extendieron mucho hacia el ecuador, y millones de personas vieron una aurora por primera vez. Las cámaras de los móviles captaron más que los ojos: registran rojos y rosas tenues que de noche apenas vemos.

Las tormentas espaciales también afectan a nuestra tecnología. Las posiciones del GPS se desviaron, y los tractores guiados por satélite se salieron de sus hileras en plena siembra de primavera en Norteamérica. El aire alto, calentado, se hinchó y frenó a los satélites bajos, y miles de ellos tuvieron que encender sus motores para mantener la órbita.

La tormenta también dejó algo nuevo. En junio, CIRBE, un satélite de la NASA del tamaño de una caja de zapatos, encontró dos cinturones nuevos entre los cinturones de Van Allen, uno de ellos con protones, una composición nunca vista. El cinturón de electrones se desvaneció a los tres meses; el otro duró mucho más.

Aun así, no fue la tormenta más fuerte registrada. En 1859, el evento Carrington encendió auroras hasta en los trópicos e hizo saltar chispas en los cables del telégrafo. Una tormenta así hoy podría causar muchos más daños; por eso el Sol se vigila las 24 horas.