Cómo se forman las misteriosas cuentas aurorales

Un día de tormenta solar en noviembre de 2018, trece naves espaciales detectaron un proceso que no se había visto al completo. Sus observaciones explican cómo los vórtices en el borde de la magnetosfera de la Tierra pueden causar que las cuentas aurorales salpiquen el cielo cien mil kilómetros más abajo.

Las cuentas aurorales parecen una cadena de perlas colgadas en el cielo.
Las cuentas aurorales parecen una cadena de perlas colgadas en el cielo.

Esta conexión detectada por las naves espaciales entre las cuentas aurorales que aparecen en el "lado diurno" de la Tierra (o lado orientado hacia el Sol) y los vórtices confirma una teoría sobre cómo se forman estas auroras únicas, conocidas como cuentas, porque parecen una cadena de perlas colgadas en el cielo. Mientras algunas naves espaciales observaban los vórtices, otras vieron que una corriente de partículas cargadas usaba éstos como puntos de acceso para hacer un túnel hacia la superficie de la Tierra, haciendo que el cielo brillara.

La magnetosfera es la defensa de la Tierra contra las partículas cargadas y la radiación lanzada en nuestra dirección por el Sol (también conocido como el viento solar). De tal forma que esta defensa toma la forma de una burbuja magnética gigante en forma de escudo frente a éste. El 6 de noviembre de 2018, las naves espaciales estaban ubicadas cerca de la magnetopausa, el delgado límite en el borde exterior de la magnetosfera, en el lado nocturno de la Tierra, donde ésta se extiende en una cola.

"Este descubrimiento muestra que la nave espacial Cluster es parte de una orquesta magnetosférica de misiones que juntas permiten una ciencia adicional que no es posible lograr individualmente"

Entre las naves espaciales se encontraban las cuatro que componen la misión Cluster de la Agencia Espacial Europea (ESA), así como cuatro Magnetospheric Multiscale (MMS), de la NASA, y tres Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms (THEMIS), y la nave espacial Geotail, de JAXA. Además, un satélite del Programa de Satélites Meteorológicos de Defensa de los Estados Unidos (DMSP) observó las cuentas aurorales desde cerca de la superficie de la Tierra.

"Este descubrimiento muestra que la nave espacial Cluster es parte de una orquesta magnetosférica de misiones que juntas permiten una ciencia adicional que no es posible lograr con cada misión individualmente", explica Philippe Escoubet, científico del proyecto Cluster de la ESA.

Impresión artística de las cuatro naves espaciales Cluster.
Impresión artística de las cuatro naves espaciales Cluster. Imagen: ESA.

Los vórtices, que a su vez fueron detectados originalmente por Cluster, se forman cuando el viento solar sopla más allá de la magnetopausa. Así como el viento en la Tierra puede azotar océanos y nubes, éste puede enrollar la magnetopausa en olas gigantes compuestas de vórtices en forma de remolino.

Cuando un vórtice está en el tamaño de "ricitos de oro", no demasiado grande, pero no demasiado pequeño, los electrones del viento solar se arremolinan alrededor de su centro, antes de entrar en la magnetosfera, viajando hacia y llegando a la atmósfera superior de la Tierra. Allí, los electrones chocan con el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno, haciendo que brillen y formen una cuenta auroral en el cielo. Estas cuentas redondas, una para cada vórtice, aparecen en grupos que se suceden a través del cielo. Esto contrasta con las auroras "normales" que son más planas, más alargadas y no tan bien organizadas.

"Es genial usar misiones multisatélite para hacer conexiones entre la dinámica en el borde de la magnetosfera y lo que vemos en la ionosfera muy por debajo"

"Es genial usar misiones multisatélite para hacer conexiones entre la dinámica en el borde de la magnetosfera y lo que vemos en la ionosfera muy por debajo", dice Steven Petrinec, autor principal del estudio, que se publicó recientemente en Frontiers in Astronomy and Space Science. "Debido a la escasez de observaciones y ubicaciones de muestreo dentro de la magnetosfera, es importante aprovechar al máximo las múltiples observaciones de la misión, siempre que sea posible para comprender las conexiones entre los diferentes procesos dentro del sistema grande y complejo".

Desde que Cluster se lanzó el 16 de julio de 2000, ha revelado una gran cantidad de detalles interesantes sobre la magnetosfera y su interacción con el viento solar. Al hacer la investigación más detallada hasta ahora sobre cómo interactúan el Sol y la Tierra, esta nave espacia ayuda a prepararnos para los efectos de los estallidos repentinos de energía solar aquí en la Tierra.

Cuando el viento solar sopla más allá de la magnetopausa, se pueden formar vórtices, lo que envía una corriente de electrones hacia la superficie de la Tierra.
Cuando el viento solar sopla más allá de la magnetopausa, se pueden formar vórtices, lo que envía una corriente de electrones hacia la superficie de la Tierra. Imagen: ESA.

Philippe continúa: "Cluster ha estado operando durante casi 22 años. Al principio, era una de las únicas misiones que observaban la magnetosfera, por lo que estábamos comparando principalmente las cuatro naves espaciales entre sí. Pero, hoy en día, podemos comparar sus datos con los de otras misiones, como MMS y THEMIS".

Esta investigación demuestra la importancia de múltiples naves espaciales diferentes, cada una con su propio complemento de instrumentos científicos, que monitorean los mismos eventos desde diferentes puntos de vista.

 "Esta investigación también destaca la importancia de conectar estas observaciones de naves espaciales múltiples con la teoría"

Simon Wing, coautor del estudio, señala: "Esta investigación también destaca la importancia de conectar estas observaciones de naves espaciales múltiples con la teoría. En este caso, utilizando las observaciones multipunto en la magnetopausa, la teoría es capaz de predecir la dimensión de las cuentas aurorales observadas por los satélites DMSP en la atmósfera superior.

Steven, que trabaja en la misión MMS de la NASA, agrega: "Philippe y yo nos aseguramos de que Cluster y MMS trabajen juntos lo más estrechamente posible. Por ejemplo, Philippe siempre me envía información sobre cuándo los dos estarán físicamente cerca, por lo que podemos asegurarnos de que todas las naves espaciales funcionen juntas de manera óptima cuando estén monitoreando la misma región de la magnetosfera".

Fuente: ESA.