Las auroras boreales ‘bailan’ al ritmo de la magnetosfera

Las majestuosas auroras han cautivado a los seres humanos desde hace miles de años, pero su naturaleza -el hecho de que las luces sean electromagnéticas y respondan a la actividad solar – no se descubrió hasta los últimos 150 años. Gracias a observaciones coordinadas multi-satélite y una red mundial de sensores magnéticos y cámaras, se ha conseguido un estudio detallado de las auroras durante las últimas décadas.

Sin embargo, las auroras siguen desconcertando, bailando muy por encima del suelo a un ritmo, hasta el momento, no detectado.

Utilizando datos de historial de la misión Themis, de la NASA, los científicos han observado que el campo magnético de la Tierra vibra en relación con las luces del norte en el cielo nocturno de Canadá. Themis es una misión de cinco naves espaciales dedicada a la comprensión de los procesos que subyacen a las auroras, que entran en el cielo en respuesta a los cambios en el entorno magnético de la Tierra, llamado magnetosfera.

Estas nuevas observaciones permitieron a los científicos vincular directamente alteraciones intensas específicas de la magnetosfera con la respuesta magnética en tierra. Se ha publicado un artículo sobre estos hallazgos en la revista Nature Physics, informa la NASA en una nota de prensa.

«Hemos hecho observaciones similares antes, pero sólo en un solo lugar cada vez: en tierra o en el espacio», dice David Sibeck, científico del proyecto Themis en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt (Maryland, EE.UU.), que no participó en el estudio. «Cuando se tienen las mediciones en ambos lugares, se pueden relacionar entre sí».

La comprensión de cómo y por qué se producen las auroras nos ayuda a aprender más sobre el complejo entorno espacial alrededor de nuestro planeta. La radiación y la energía en el espacio cercano a la Tierra pueden tener una variedad de efectos en nuestros satélites: desde perturbar su electrónica hasta aumentar el rozamiento y la interrupción de las señales de comunicación o de navegación. A medida que nuestra dependencia del GPS crece y se expande la exploración espacial, la previsión meteorológica espacial se hace cada vez más importante.

El entorno espacial de todo nuestro sistema solar, tanto cerca de la Tierra como más allá de Plutón, está determinado por la actividad del sol, que fluctúa en el tiempo, en ciclos. El sistema solar está lleno de viento solar, el flujo constante de partículas cargadas procedentes del sol. La mayor parte del viento solar es desviado desde la Tierra por la magnetosfera protectora.

Sin embargo, en las condiciones adecuadas, algunas partículas y energía solares pueden penetrar la magnetosfera, perturbando el campo magnético de la Tierra en lo que se conoce como una subtormenta. Cuando el campo magnético del viento solar va hacia el sur, el lado diurno, o el lado que mira hacia el sol, de la magnetosfera se contrae hacia adentro.

El extremo posterior, llamado cola magnética, se extiende como una banda de goma. Cuando la cola magnética estirada finalmente vuelve a su sitio, comienza a vibrar, al igual que un resorte se mueve hacia atrás y adelante. Pueden producirse auroras brillantes durante esta etapa de la subtormenta.

En este entorno inestable, los electrones del espacio cercano a la Tierra el espacio fluyen rápidamente por las líneas de campo magnético hacia los polos terrestres. Allí, interactúan con las partículas de oxígeno y nitrógeno de la atmósfera superior, liberando fotones para crear franjas de luz que serpentean a través del cielo.

Para mapear la danza eléctrica de las auroras, los científicos obtuvieron imágenes de la aurora -encendiéndose y apagándose- sobre Canadá con cámaras que cubrían todo el cielo. Simultáneamente usaron sensores magnéticos terrestres a lo largo de Canadá y Groenlandia para medir las corrientes eléctricas durante la subtormenta geomagnética. En el espacio más lejano, las cinco sondas Themis estaban bien colocadas para recoger datos sobre el movimiento de las líneas de campo perturbadas.

Armonía

Los científicos descubrieron que la aurora se movía en armonía con la línea del campo vibratorio. Las líneas de campo magnético oscilaban en un ciclo o periodo de aproximadamente seis minutos, y la aurora se iluminaba y se apagaba al mismo ritmo.

Evgeny Panov, autor principal e investigador del Instituto de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Austria en Graz, señala: «Estas observaciones revelan el eslabón perdido en la conversión de energía magnética a energía de partículas, que alimenta a la aurora.»

El brillo y la regulación de la aurora corresponden al movimiento de los electrones y líneas de campo magnético.

«Durante el transcurso de este evento, los electrones se arrojan hacia la Tierra, luego rebotan fuera de la magnetosfera, y a continuación, se arrojan de vuelta», dice Sibeck.

Cuando olas rompen en la playa, chapotean y espumean, y ​​luego se retiran. La ola de electrones adopta un movimiento similar. La aurora ilumina cuando la ola choca contra la atmósfera superior, y se atenúa cuando rebota.

Antes de este estudio, los científicos plantearon la hipótesis de que las líneas de campo magnético oscilante guiaban la aurora. Pero el efecto aún no se había observado ya que requería que las sondas Themis se encontraran en el lugar adecuado sobre los sensores basados ​​en tierra, para coordinar adecuadamente los datos. En este estudio, los científicos recogieron datos de Themis en un momento en el que las sondas estaban fortuitamente colocadas para observar la subtormenta.

«Incluso después de casi 10 años, las sondas tienen todavía buena salud, y la creciente red de magnetómetros y cámaras que cubren todo el cielo sigue generando datos de alta calidad», dice Vassilis Angelopoulos, co-autor e investigador principal de Themis en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA).

Themis es una misión del programa Explorador de la NASA, que está dirigido desde Goddard. El Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Univeridad de California en Berkeley supervisa las operaciones de la misión. Los generadores de imágenes de todo el cielo y magnetómetros los operan conjuntamente la Universidad de California en Berkeley, UCLA, y la Universidad de Calgary y la Universidad de Alberta (ambas de Canadá).

«La intención con Themis ha sido siempre juntar estas medidas y hacer estas observaciones», dice Sibeck.

Referencia bibliográfica:

E. V. Panov, W. Baumjohann, R. A. Wolf, R. Nakamura, V. Angelopoulos, J. M. Weygand y M. V. Kubyshkina: Magnetotail energy dissipation during an auroral substorm. Nature Physics (2016) doi:10.1038/nphys3879