#25. Corrientes Eléctricas desde el Espacio

Cuando se ve una brillante aurora en la zona de auroras, normalmente se observa allí una fuerte perturbación. El campo magnético perturbador puede ser mucho más potente que el de una tormenta magnético pero es estrictamente local, desapareciendo rápidamente cuando nos movemos hacia el ecuador.

Esta extensión limitada sugiere que esas corrientes que perturban el campo fluyen por algún punto cercano, probablemente cerca de los arcos de las auroras. El noruego Kristian Birkeland, que observó cuidadosamente las perturbaciones de las auroras al final del siglo XIX, sacó la conclusión de que esas corrientes fluían paralelas al suelo, a lo largo de la formación de la aurora.

Cualquier corriente eléctrica, sin embargo, debe fluir en un circuito cerrado, y como parecía que estaban causadas (al igual que la aurora) por procesos que tenían lugar en el distante espacio, Birkeland propuso que llegaban del espacio por un extremo del arco y volvían al espacio por el otro extremo. El dibujo ilustra la idea y fue tomado del informe de Birkeland de 1903 sobre sus periplos a la zona de auroras :

Dinamos

¿Cómo se pueden generar corrientes eléctricas en el espacio, o sobre el Sol y en el centro de la Tierra?

En todos estos casos, está presente algún fluido conductor que se mueve a través de un campo magnético--plasma en el espacio y sobre el Sol, hierro fundido (probablemente) en el centro de la Tierra. Se puede mostrar a partir de los principios de la física que si existe un circuito eléctrico cerrado, con partes de él moviéndose a través de un campo magnético, mientras que otras partes no lo hacen, surge una corriente eléctrica (se deben cumplir también otras condiciones adicionales). La energía eléctrica necesaria para conducir esas corrientes se toma del movimiento, disminuyendo su velocidad.

Hace tiempo, una máquina que generaba electricidad se denominó "dinamo" (hoy se prefiere el nombre de “generador”). Igualmente, se estableció que un fluido conductor que fluye a través de un campo magnético y creaba una corriente eléctrica de la misma forma, se llamó una “dinamo fluida”, o cuando está claramente implicado un fluido de proceso, simplemente “dinamo”.

Faraday entendió esto muy bien. Conociendo que el agua conduce la electricidad (debido a las sales disueltas), intentó en 1831 observar esa dinamo experimentalmente. Tiró un cable a lo largo del puente de Waterloo de Londres y sumergió sus extremos en el río por dos puntos separados, de tal forma que se podía completar su circuito a través del agua fluyendo. Intentó medir la corriente eléctrica generada por el flujo del río a través del campo magnético.

La idea era acertada, pero la corriente era muy débil para ser medida por él. Faraday no obstante suponía que la aurora (que creía que era un fenómeno eléctrico) podría ser alimentada de forma similar por la Corriente del Golfo que fluye hacia el nordeste a través del Océano Atlántico, que tiene su origen en las costas de los EE.UU. Claro está que lo que Faraday olvidó aquí fue que para conectar el océano a la aurora, la corriente debería cruzar la baja atmósfera, que es un aislante excelente y bloquearía su flujo.

Existe una interesante dinamo de este tipo entre el planeta Júpiter y su luna más interior Io (pulse aquí para ver los detalles). La lanzadera espacial también puede generar energía eléctrica de esta forma (a costa de su energía orbital), usando un largo hilo colgando en el espacio. Ese experimento de la correa espacial se llevó a cabo abordo de la lanzadera espacial Columbia el 25 de febrero de 1996, finalizando cuando repentinamente se rompió la correa.

Sir Joseph Larmor en Inglaterra propuso por vez primera en 1919 que unas dinamos constituidas en su totalidad de fluidos podrían explicar la creación de los campos magnéticos de las manchas solares. Su idea era que cuando el plasma solar fluía a través de campos magnéticos, los efectos dinamo producían las misma corrientes que creaban esos campos magnéticos. Debido a que es un proceso que “se alimenta a si mismo” (el campo magnético necesario por la dinamo está producido por las corrientes eléctricas que son su producto), puede generar progresivamente, a partir de alguna “semilla” un campo magnético de un origen diferente.

Tal "mecanismo de dinamo" se cree que es el origen del campo magnético que surge del interior del centro fundido de la Tierra. Es imposible observar directamente esa región, pero en 1964 el ruso Stanislaw Braginsky demostró matemáticamente una clase posible de esas “dinamos”. La lente variación década tras década del campo magnético terrestre proviene probablemente de lentos cambios en los modelos de flujo del centro - no, como propuso anteriormente Halley, de capas esféricas magnetizadas, unas dentro de otras, todas rotando de forma diferente.

Corrientes de Birkeland

Si la Tierra tiene una magnetosfera "abierta" con la líneas del campo magnético unidas al viento solar, también produce una especie de dinamo fluida. En un plasma, la electricidad fluye fácilmente a lo largo de la líneas del campo magnético, haciéndolas comportarse como hilos de cobre. Las líneas de campo “abiertas” desde el viento solar que penetran dentro de la ionosfera polar pueden entonces actuar como los cables que introdujo Faraday en el río Támesis, y pueden conducir una corriente eléctrica, reduciendo, durante el proceso, un poco la velocidad del viento solar.

Si el lío de líneas abiertas se encuadra a la región interior de ovalo auroral, se puede mostrar que las “corrientes de dinamo” del proceso anterior fluyen hacia la Tierra en el lado matutino del polo magnético y hacia el espacio en el lado vespertino. Nos podemos suponer que el circuito se completará conectando los dos flujos de uno y otro lado de la ionosfera polar, desde el lado matutino al vespertino (dibujo inferior; la situación es más complicada, sin embargo, debido a que el flujo también deforma las líneas de campo).

Cuando en 1973 el satélite de la marina Triad (vea la historia) voló a través de esa región en una órbita de baja altitud, su magnetómetro detectó los rastros de dos grandes láminas de corriente eléctrica, una llegando por el lado matutino de la zona auroral, otra alejándose desde el lado vespertino, como se esperaba. Como fue Kristian Birkeland quién planteó, hace mucho tiempo, las corrientes que unían la Tierra con el espacio, fueron denominadas corrientes Birkeland (por Schield, Dessler y Freeman, en un artículo en 1969 prediciendo algunos de los rasgos observados por el Triad). Típicamente, cada lámina transporta un millón de amperios o más.

Pero eso no fue todo. Hacia el ecuador de cada lámina de corriente, el Triad observó una lámina paralela casi tan intensa, que fluía en la dirección opuesta: sus líneas de campo no estaban abiertas, sino cerradas dentro de la magnetosfera. Así parece que la mayor parte de la corriente eléctrica que llega del espacio (aproximadamente el 80%) no prefiere cerrarse a través de la ionosfera sobre los polos magnéticos. Más bien, encuentra una vía alternativa: fluye en la ionosfera algunos cientos de millas hacia el ecuador y luego se vuelve a encaminar hacia el espacio, donde las corrientes (presumiblemente) encuentran una camino más fácil.

Un estudio de 1976 de Takesi Iijima y Tom Potemra usó los datos del Triad para cartografiar las “huellas” promedio de esas láminas en la ionosfera polar, incluyendo su compleja superposición en la medianoche.

Sus resultados están trazados abajo: el mapa se centra en el polo norte magnético (aunque se combinaron los datos del sur para producir este gráfico), la medianoche está en la parte inferior y el mediodía (donde existen algunas corrientes adicionales menores) está en la parte superior. Las sombras oscuras indican corrientes fluyendo hacia la Tierra, las iluminadas las corrientes que fluyen hacia el espacio.

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Author and Curator:   Dr. David P. Stern
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Co-author: Dr. Mauricio Peredo

Spanish translation by J. Méndez

Last updated 20 February 2000, traducir 23 de Mayo 2001