El campo magnético de la Tierra cumple múltiples funciones vitales, que van desde proteger nuestro planeta del viento solar y la radiación cósmica hasta facilitar los patrones de migración de los animales y apoyar las técnicas de navegación humana.
Las tormentas solares y las corrientes oceánicas provocan fluctuaciones en el inestable campo magnético. Estas fluctuaciones pueden afectar la precisión de los modelos de campo teóricos o geomagnéticos, que son vitales para los sistemas de navegación utilizados en satélites, aviones, barcos y automóviles.
Un ejemplo reciente digno de mención es la tormenta solar ocurrida en mayo de 2024, que provocó que la aurora boreal se viera desde América del Norte hasta Australia. Más importante aún, también causaron perturbaciones breves pero significativas en las señales de radio de la Tierra, afectando las comunicaciones por radio a larga distancia.
Una investigación reciente realizada por científicos de la Universidad de Michigan ha arrojado luz sobre los datos del gran campo magnético. restos o Diferencias Entre observaciones satelitales y predicciones de modelos teóricos. El estudio fue publicado en Física espacial JGR.
Pero primero, comprendamos cómo la Tierra genera su campo magnético.
El campo magnético de la Tierra
El campo magnético de la Tierra surge del movimiento del hierro líquido en su núcleo externo. Este hierro fundido que fluye produce corrientes eléctricas que se mueven en determinadas direcciones como resultado de la rotación del planeta. Juntas, estas corrientes combinadas conducen al surgimiento del campo magnético de la Tierra.
Este campo magnético tiene dos polos magnéticos, norte y sur, que son diferentes a los polos geográficos. A diferencia de los polos geográficos, el movimiento del núcleo fundido hace que los polos magnéticos se muevan con el tiempo y también puede invertirse.
La fuerza y dirección del campo magnético de la Tierra varía de un punto a otro de la superficie, pero es más fuerte cerca de los polos magnéticos.
Como resultado de estas condiciones variables, mapear el campo magnético de la Tierra con alta resolución puede ser un desafío, y las mediciones entre valores experimentales y teóricos a menudo introducen artefactos.
Aunque esta cuestión ha sido ampliamente estudiada, trabajos anteriores se han centrado en estudiar los restos en duras condiciones geomagnéticas, lo que sólo ocurre ocasionalmente. Ésta fue la mayor limitación que el investigador intentó abordar.
En su artículo, los investigadores señalan la necesidad de estudiar una gama más amplia de condiciones geomagnéticas para aplicaciones de operación de satélites y el estudio de la atmósfera terrestre.
Análisis de datos
enjambre
En 2013, la Agencia Espacial Europea lanzó una misión compuesta por tres satélites para medir el campo magnético de la Tierra con alta precisión. La misión Swarm recopila datos sobre el campo magnético de la Tierra desde el núcleo hasta la magnetosfera.
Esto permite a los investigadores monitorear el campo magnético de la Tierra en diferentes altitudes y ubicaciones alrededor del mundo.
Los investigadores de este estudio utilizaron datos de Swarm de 2014 a 2020 como datos experimentales. Durante este período, las condiciones geomagnéticas de moderadas a débiles representaron el 98,1 por ciento del tiempo total, lo que es significativamente mayor que los períodos de condiciones geomagnéticas muy activas.
modelo IGRF
Los investigadores utilizaron el modelo del Campo Internacional de Referencia Geomagnética (IGRF), un modelo matemático del campo magnético de la Tierra. Este modelo representa el principal campo magnético de la Tierra a nivel global y no tiene en cuenta anomalías. Sirve para fines de búsqueda y navegación.
La IAGA (Asociación Internacional para el Magnetismo Terrestre y la Aeronáutica) actualiza el modelo cada cinco años para tener en cuenta los cambios en el campo magnético de la Tierra durante ese tiempo.
Analizaron las predicciones del modelo IGRF-13, comparándolas con los datos de Swarm para detectar residuos o inconsistencias.
Grandes sobras
Los investigadores descubrieron que se produjeron grandes discrepancias entre las observaciones satelitales y las predicciones del modelo aproximadamente el uno por ciento del tiempo durante el período seleccionado.
Esto fue para un campo magnético residual superior a 300 nanoTesla. El campo magnético de la Tierra oscila entre 25.000 a 65.000 nanoteslas.
Aunque esta variación puede parecer leve, afecta a aplicaciones que requieren modelos precisos de campos magnéticos, incluidos los sistemas de comunicaciones y navegación por satélite. Los investigadores también descubrieron que estos restos masivos se concentran principalmente cerca de los polos geográficos.
Los investigadores encontraron dos picos a 70 y 80 grados de latitud magnética entre los grandes datos residuales. Estas posiciones son relativas a los polos magnéticos de la Tierra, no a los polos geográficos.
Quizás lo más sorprendente es que el estudio reveló disparidades significativas en la distribución de grandes restos en los hemisferios norte y sur.
El problema del mapeo asimétrico
El interés de los investigadores se centró en comprender el motivo de la aparente asimetría en las regiones polares de los dos hemisferios.
Como dijo el primer autor del estudio, Yining Shi de la Universidad de Michigan: presione soltar«A menudo asumimos que existe un campo magnético casi idéntico entre las regiones polares norte y sur, pero en realidad son muy diferentes».
Las corrientes de acuerdo con el campo (FAC), que son corrientes eléctricas que fluyen a través del campo magnético de la Tierra, pueden explicar algunas de estas discrepancias. Para el pico a 70° de latitud magnética, el contraste está relacionado con las corrientes aurorales de la región, un tipo de corriente consistente con el campo magnético.
Los investigadores sugieren que la geometría básica del campo magnético de la Tierra es la razón detrás de la asimetría. Esto se debe a que los polos geográfico y geomagnético no son perfectamente paralelos, ya que el desplazamiento es diferente en los dos hemisferios.
El Polo Norte está ubicado aproximadamente a 84 grados de latitud magnética y 169 grados de longitud magnética, mientras que el Polo Sur está ubicado a -74 grados de latitud magnética y 19 grados de longitud magnética.
Además, los sesgos de la órbita de los satélites (imexactitudes en los datos causadas por la posición y el movimiento de un satélite) provocan errores en la interpretación de los datos geomagnéticos. En términos simples, se trata de errores técnicos relacionados con la órbita y la posición del satélite.
Problema en la navegación polar
La combinación de sesgos de la órbita de los satélites y el diseño asimétrico de las coordenadas es responsable de la asimetría interhemisférica observada en los valores residuales.
El profesor Mark Muldwin, uno de los coautores del estudio de la Universidad de Michigan, destaca la importancia de reconocer el impacto de estos factores no geofísicos.
«Comprender que lo que se atribuye a perturbaciones geofísicas se debe en realidad a la asimetría del campo magnético de la Tierra nos ayudará a crear mejores modelos del campo magnético de la Tierra, así como a la navegación aérea y por satélite», afirmó en un comunicado de prensa.
Como mencionamos en todo momento, los resultados de este estudio podrían afectar los sistemas de navegación y comunicaciones, especialmente en las regiones polares.
El campo magnético de la Tierra muestra variaciones notables en las regiones polares, que son más susceptibles a la actividad auroral y a las tormentas geomagnéticas. Estos factores pueden afectar las operaciones de satélites y aeronaves.
Obtener datos geomagnéticos precisos es más difícil en las regiones polares, por lo que es crucial mejorar la modelización y la previsión.
Como señala el profesor Muldwin, «el campo magnético polar ha cambiado rápidamente durante la última década. Esto añade mayor complejidad a la creación de modelos precisos del campo magnético».
La investigación revela factores no geofísicos detrás de los restos asimétricos en los dos hemisferios, pero muchas preguntas siguen sin resolverse.
¿Cómo se comparan estos restos observados por satélites con los datos obtenidos de magnetómetros terrestres, especialmente en las regiones polares? ¿Cómo cambian los remanentes y las asimetrías en diferentes escalas de tiempo, como durante diferentes ciclos solares o períodos más largos? La búsqueda para comprender los misterios magnéticos de nuestro planeta continúa.
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Sobre el editor
Tejasree Gururaj Tikhasri es una escritora y oradora científica con múltiples talentos, que aprovecha la experiencia de su maestría en Física para hacer que la ciencia sea accesible para todos. En su tiempo libre, le gusta pasar tiempo de calidad con sus gatos, ver programas de televisión y rejuvenecerse con siestas.