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Una Estrella con Dos Polos Norte

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Una Estrella con Dos Polos Norte

Algunas veces, el campo magnético del sol se trastorna, y los efectos se hacen sentir a través de todo el sistema solar.

NASA

Abril 22, 2003: Hace tres años, algo muy extraño sucedió en el sol.

ver leyendaNormalmente, nuestra estrella, como la misma Tierra, tiene un polo sur y un polo norte magnéticos. Pero por cerca de un mes, comenzando en marzo de 2000, el polo sur magnético del sol se desvaneció, y en su lugar emergió un polo norte. El sol tenía dos polos norte.

"Suena a imposible, pero es verdad", dice el físico espacial Pete Riley de la Corporación Internacional de Aplicaciones Científicas (Science Applications International Corporation - SAIC) en San Diego. "De hecho, es un efecto colateral bastante normal del ciclo solar". Cada 11 años, alrededor del máximo solar, el campo magnético del sol enloquece mientras el dínamo interno del sol se reorganiza a sí mismo. El evento de marzo de 2000 fue simplemente una parte de ese trastorno.

Arriba: Una imagen ultravioleta del sol en un máximo solar. Crédito de la imagen: SOHO. [más información]

"El polo sur realmente nunca se desvaneció", hace notar Riley. Emigró hacia el norte y, por un tiempo se convirtió en una banda de flujo magnético sur regado alrededor del ecuador solar. Hacia mayo de 2000 el polo sur había retornado a su punto usual cerca del punto sur del eje de rotación del sol; pero no por mucho tiempo. En 2001 el campo magnético solar se revirtió completamente: los polos norte y sur intercambiaron posiciones, y es así como se mantienen hasta ahora.

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Utilizando una supercomputadora llamada Horizonte Azul y datos de sondas espaciales (especialmente ACE de la Agencia Espacial Europea y Ulises de la NASA) Riley y sus colegas se encuentran estudiando cómo esos cambios complejos pueden afectar a nuestro planeta. "El campo magnético del sol atraviesa todo el sistema solar", explica Riley. "Interactúa con la Tierra y es el principal impulsor del clima espacial".

La vasta región del espacio ocupada por el campo magnético del sol se llama heliosfera. Todos los nueve planetas orbitan dentro de ella. Pero lo más grande que hay dentro de la heliosfera no es un planeta, y tampoco el sol. Es la capa de corriente, una extensa superficie donde la polaridad del campo magnético del sol cambia de más (norte) a menos (sur). "La llamamos la "capa de corriente" dice Riley, "porque allí fluye una corriente eléctrica, de alrededor de 10-10 amps/m2." El filamento de un bulbo de luz ordinario transporta unos dieciséis órdenes de magnitud (1016x) más amps/m2. Pero lo que le falta a esta capa de corriente en amperaje local, lo compensa por su enorme tamaño. La capa tiene un espesor de 10.000 Km y se extiende desde el sol hasta más allá de la órbita de Plutón. "La totalidad de la heliosfera está organizada alrededor de esta capa gigantesca".

ver leyendaDerecha: Una concepción artística de la capa de corriente heliosférica. El sol giratorio está localizado en el centro. Crédito: Brian Grimm y LivingText. Vea también la película completa de
1.5 Mb fomato Quicktime.

Normalmente, la capa de corriente envuelve el ecuador solar en forma parecida a la de una ondulante falda alrededor de la cintura de una bailarina. Pero durante el evento doble polo norte de marzo de 2000, la capa de corriente estaba alterada radicalmente. El ondulado se incrementó. Aparecieron irregularidades. Su topología cambió de una falda de bailarina a una gigantesca concha marina.

Interesante para un físico solar, quizás...

...pero la gente común también debería preocuparse por esto. Primero, a causa de los rayos cósmicos energéticos: La capa de corriente actúa como una barrera para los rayos cósmicos que viajan por la heliosfera. La forma de la capa de corriente determina, por lo tanto, cúantos rayos cósmicos chocan contra la Tierra.

El clima espacial es otra razón: Mientras la Tierra da vueltas alrededor del Sol, entra y sale de la ondulante capa de corriente. En uno de sus lados el campo magnético del sol apunta hacia el norte (hacia el sol), en el otro apunta al sur (en dirección opuesta al sol). El campo magnético solar que apunta al sur tiende a cancelar el propio campo magnético de la Tierra. La energía del viento solar puede entonces penetrar el espacio local alrededor de nuestro planeta e impulsar tormentas geomagnéticas.

Abajo: Estas auroras aparecieron sobre el Valle Knik en Alaska, durante una fuerte tormenta geomagnética el 8 de abril de 2003. Fotografía: crédito y derechos reservados de LeRoy Zimmerman.

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Las tormentas geomagnéticas son tan buenas como malas: malas porque pueden causar cortocircuitos en la electrónica de los satélites y provocar fallas en las redes de energía de la Tierra; buenas porque encienden auroras, que son disfrutadas por los observadores del cielo. "Si pudiéramos hacer un mapa diario de la capa de corriente, podríamos también mejorar nuestras predicciones sobre la aparición de estas tormentas.

Hay un problema, sin embargo: la capa de corriente es invisible. "No podemos verla a través de un telescopio óptico", dice, "lo que significa que tenemos que calcular dónde se encuentra". Riley y sus colegas han desarrollado un programa de computación para hacerlo. Los datos de entrada son mediciones de la superficie del campo magnético del sol, los cuales son recogidos diariamente por telescopios en la Tierra. El programa aplica las ecuaciones de magnetohidrodinámica resistiva para calcular cómo el viento solar electrificado arrastra ese campo magnético a través del sistema solar. Es necesaria una supercomputadora (Riley utiliza la Horizonte Azul IBM SP3 en el Centro de Supercomputación de San Diego) para ejecutar el programa.

ver leyendaEl episodio del doble polo norte proporcionó una prueba clave para su programa. "Calculamos la forma de la capa de corriente para un sol con dos polos norte", recuerda Riley. "El resultado lucía como una concha de caracol... de más de mil millones de kilómetros de ancho".

Izquierda: La forma de la capa de corriente en marzo de 2000, según los cálculos de la supercomputadora Horizonte Azul. [más información]

Pero, ¿cómo podría verificar sus resultados?

La astronave Ulysses de la NASA proporcionó los datos cruciales. A principios de 2000, Ulysses estaba aproximadamente a 600 millones de km del sol, una posición perfecta para examinar el modelo de concha de caracol. Mientras la nave cruzaba el espacio a 10 km/s, también cruzó dos veces la capa de corriente una vez en marzo y nuevamente otra en abril de 2000. Los magnetómetros a bordo registraron los cruces, que estaban en concordancia con las predicciones de Riley.

Utilizando solamente mediciones del campo magnético superficial del sol, su programa había pronosticado con éxito los campos magnéticos en el espacio interplanetario, a 600 millones de Km de distancia. Impresionante.

Derecha: Las observaciones de Ulysses del campo magnético del sol en marzo de 2000, superpuestas a los cálculos magnetohidrodinámicos (MHD) de Riley. [más información]

ver leyenda"Nos ha tomado diez años desarrollar esta tecnología", dice Riley. "Nos gustaría mejorarla aún más incluyendo mediciones de la temperatura, densidad y velocidad del viento solar, parámetros que ahora solo podemos estimar. Nuestra meta final es proporcionar advertencias de tormentas geomagnéticas hasta con 4 días de anticipación".

La prueba del programa de próxima generación requerirá más datos de Ulysses. La astronave sigue una órbita alta desde donde puede observar las regiones polares del sol, algo que ninguna otra nave puede hacer. "Esta trayectoria única le ha permitido a los científicos, por primera vez, explorar la heliosfera en tres dimensiones", dice Riley.

Una supercomputadora en la Tierra. Una astronave a cientos de millones de kilómetros de distancia. Trabajando juntas nos están preparando para la próxima vez que en el sol brote un segundo polo norte... o algo más extraño aún.