Plasmas terrestres también provocan tormentas geomagnéticas

La atmósfera superior de la Tierra juega un papel importante en determinar cómo se desarrollan las grandes tormentas geomagnéticas, y puede ayudar a predecir las que tendrán las mayores consecuencias.

Un estudio de un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad de Nagoya y la Universidad de New Hampshire, publicado en Nature Communications, ha encontrado pruebas convincentes de que los plasmas no sólo del Sol sino también de la Tierra provocan tormentas geomagnéticas.

Comprender los factores que causan las tormentas geomagnéticas es importante porque pueden tener un impacto directo en el campo magnético de la Tierra, como provocar corrientes no deseadas en la red eléctrica e interrumpir las señales de radio y GPS.

Los científicos saben desde hace mucho tiempo que las tormentas geomagnéticas están asociadas con la actividad del sol. Las partículas cargadas calientes forman la capa exterior del sol, la que podemos ver. Estas partículas salen del sol creando el "viento solar" e interactúan con objetos en el espacio, como la Tierra. Cuando las partículas alcanzan el campo magnético que rodea nuestro planeta, conocido como magnetosfera, interactúan con él.

Las interacciones entre las partículas cargadas y los campos magnéticos dan lugar a la meteorología espacial, las condiciones en el espacio que pueden afectar a la Tierra y a sistemas tecnológicos como los satélites.

Una parte importante de la magnetosfera es la cola magnética. La cola magnética es la parte de la magnetosfera que se extiende lejos del sol, en la dirección del flujo del viento solar. Dentro de la cola magnética se encuentra la región de la lámina de plasma, que está llena de partículas cargadas (plasma). La lámina de plasma es importante porque es la región fuente de las partículas que ingresan a la magnetosfera interior, creando la corriente que causa las tormentas geomagnéticas.

Aunque la importancia del sol es bien conocida, un grupo internacional de investigadores se propuso resolver el misterio de cuánto plasma en la magnetosfera proviene de la Tierra y cómo esa contribución cambia durante una tormenta geomagnética.

Para su estudio, utilizaron datos de una gran tormenta geomagnética que ocurrió del 7 al 8 de septiembre de 2017. Durante este tiempo, el Sol liberó una eyección masiva de masa coronal que chocó con la atmósfera de la Tierra, dando como resultado una enorme tormenta geomagnética. El impacto alteró la magnetosfera, lo que provocó interferencias con señales de radio, GPS y aplicaciones de sincronización de precisión.

Los investigadores analizaron retrospectivamente el transporte de iones durante este evento utilizando datos de varias misiones espaciales, incluida la misión NASA/Magnetospheric Multiscale (MMS), la misión japonesa Arase, la misión ESA/Cluster y la misión NASA/Wind. Distinguieron los iones de los del viento solar y de los de la propia ionosfera.

Utilizando mediciones simultáneas de la composición del viento solar para rastrear los cambios en la fuente, identificaron cambios sustanciales en la composición y otras propiedades de la lámina de plasma cercana a la Tierra a medida que se desarrollaba. Estas propiedades de la lámina de plasma, como la densidad, la distribución de energía de las partículas y la composición, afectan el desarrollo de la tormenta geomagnética.

Al comienzo de la fase principal de la tormenta, la fuente pasó de estar dominada por el viento solar a estar dominada por la ionosfera. "El descubrimiento más importante fue que al comienzo de la tormenta geomagnética el plasma cambió de mayoritariamente solar a mayoritariamente ionosférico", explicó el coautor Lynn Kistler, profesora de física en la Universidad de New Hampshire. "Esto muestra que la tormenta geomagnética genera más flujo de salida de la ionosfera de la Tierra y que el plasma ionosférico puede moverse rápidamente por toda la magnetosfera".

"En general, nuestra investigación contribuye a comprender el desarrollo de las tormentas geomagnéticas al mostrar la importancia del plasma ionosférico de la Tierra", continúa en un comunicado.

"Encontramos pruebas convincentes de que los plasmas no sólo del Sol sino también de la Tierra provocan una tormenta geomagnética. En resumen, las propiedades de la lámina de plasma (la densidad, la distribución de energía de las partículas, la composición) afectarán a las tormentas geomagnéticas, y estas propiedades son diferentes para diferentes fuentes."