10/Jun/08

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Cómo modelar el campo magnético de la Tierra

El campo magnético de la Tierra es un profundo misterio. ¿Cómo se genera? ¿Cómo permanece tan estable?

El campo magnético de la Tierra es un profundo misterio. ¿Cómo se genera? ¿Cómo permanece tan estable? Hace centenares de años que conocemos el campo magnético de la Tierra, y la humilde brújula nos indica la dirección del Polo Norte magnético desde el siglo XII.

Los animales lo utilizan para orientarse, y nosotros nos hemos convertido en dependientes de él por la misma razón. Más aún: la magnetoesfera nos proporciona un poderoso escudo contra las peores tormentas solares. Pero todavía sabemos muy poco sobre los mecanismos que generan ese campo en las profundidades del núcleo de la Tierra. Con la esperanza de obtener una buena visión del campo magnético planetario a gran escala, un geofísico de la universidad de Maryland ha construido su propia Tierra en miniatura en su laboratorio, y empezará a girar (metal líquido incluido) a finales de año…

La Tierra en miniatura. ¿Se puede crear en laboratorio un campo magnético en miniatura?

Esta historia me recuerda un experimento clásico realizado por el noruego Kristian Birkeland a finales del siglo XIX. En un intento por comprender la dinámica de las auroras boreales (Northern Lights), Birkeland demostró experimentalmente que las corrientes eléctricas podían fluir a lo largo de líneas de campos magnéticos (a.k.a. Birkeland, o corrientes "alineadas con campos", a la izquierda de la siguiente imagen). Esto se puede observar en la naturaleza, cuando partículas cargadas procedentes del viento solar interactúan con la magnetoesfera de la Tierra y después son conducidas hasta los polos magnéticos de la Tierra. Cuando las partículas entran en la atmósfera polar superior, colisionan con gases atmosféricos y generan un colorido espectáculo luminoso denominado auroras boreales. Pero ese temprano experimento simulaba un campo magnético; para empezar, no reproducía cómo lo genera la Tierra.

El clásico experimento Kristian Birkeland en 1902

Ahora, en un laboratorio de la Universidad de Maryland, el geofísico Dan Lathrop profundiza en este misterio construyendo su propia versión a escala de la Tierra (ver imagen siguiente). El modelo está montado sobre aparatos que harán girar la bola de 10 pies de diámetro a una velocidad ecuatorial de 80 millas por hora. Para simular el líquido núcleo externo de la Tierra, Lathrop llenará la esfera de metal fundido. El armatoste completo pesará cerca de 26 toneladas.

Éste es el tercer intento de Lathop por generar un modelo a escala del campo magnético de la Tierra. Los anteriores intentos era mucho menores, por lo que este gran experimento ha tenido que ser construido por una empresa más acostumbrada a la ingeniería de equipos industriales de altas prestaciones.

Se cree que el núcleo de metal fundido del núcleo externo de la tierra, que empieza a 2.000 millas por debajo de la corteza terrestre, general el campo magnético global. Este "efecto dínamo" es creado de alguna manera por la interacción de una turbulenta corriente de hierro líquido (que es altamente conductivo) con el giro del planeta. Lathrop utilizará en su modelo otro metal líquido conductivo, el sodio. El hierro fundido está a una temperatura demasiado alta para poder mantenerla en ese entorno, mientras que el sodio existe en fase líquida a temperaturas mucho más bajas (su punto de fusión es parecido al del punto de ebullición del agua, cerca de los 100°C), pero hay otros riesgos graves asociados con la utilización del sodio como análogo del hierro. Es muy inflamable en el aire y es altamente reactivo con el agua, de manera que habrá que adoptar precauciones (por ejemplo, se ha desactivado el sistema de aspersores; el agua, en el caso de un fuego impulsado por sodio, no haría más que empeorar las cosas). Todo este experimento, aunque arriesgado, es necesario porque no existe forma directa de medir las condiciones en el núcleo exterior de la Tierra.

"Las condiciones del núcleo son más hostiles que la superficie del sol. Está tan caliente como la superficie del sol, pero bajo presiones extremadamente altas. Por lo tanto, no hay forma de investigarlo, no existe ninguna técnica imaginable para estudiar directamente el núcleo". Dan Lathrop.

El giro de esa pesada esfera debería causar turbulencias constantes en el flujo del sodio líquido y se espera que se genere un campo magnético. Existen muchas incógnitas que este experimento espera resolver, como por ejemplo la mecánica existente detrás de la inversión magnética polar. A lo largo de la historia de la Tierra existe evidencia de que los polos magnéticos intercambiaron su polaridad, y el giro prolongado del modelo puede ocasionar una alternancia periódica de los polos magnéticos. El análisis de las condiciones del metal líquido conductor podría arrojar alguna luz sobre qué es lo que influencia ese modelo global de alternancia polar.

Este tipo de experimentos ya se ha hecho antes, pero los científicos dirigían el flujo de metal líquido mediante el uso de tuberías. Pero este modelo permitirá que el metal se organice naturalmente por sí mismo, creando su propio flujo turbulento. Se desconoce si este experimento generará o no algún campo magnético, pero debería ayudar a nuestra comprensión de cómo se genera el magnetismo en el interior de los planetas.

Fuente: AstroSETI . Aportado por Gustavo Courault