Los datos de la misión Cluster de la ESA han proporcionado una grabación de la misteriosa "canción" que canta la Tierra cuando es golpeada por una tormenta solar.

La canción proviene de ondas que se generan en el campo magnético de la Tierra por la colisión de la tormenta. La tormenta en sí es la erupción de partículas cargadas eléctricamente de la atmósfera del sol.

Un equipo dirigido por Lucile Turc, ex becario de investigación de la ESA que ahora trabaja en la Universidad de Helsinki, Finlandia, hizo el descubrimiento después de analizar datos del Cluster Science Archive. El archivo proporciona acceso a todos los datos obtenidos durante la misión en curso de Cluster durante casi dos décadas.

El cúmulo consta de cuatro naves espaciales que orbitan la Tierra en formación, investigando el entorno magnético de nuestro planeta y su interacción con el viento solar, un flujo constante de partículas liberadas por el sol en el Sistema Solar.

Como parte de sus órbitas, la nave espacial Cluster vuela repetidamente a través del premontaje, que es la primera región que encuentran las partículas cuando una tormenta solar golpea nuestro planeta. El equipo descubrió que en la primera parte de la misión, de 2001 a 2005, la nave espacial voló a través de seis de esas colisiones, registrando las ondas que se generaron.

El nuevo análisis muestra que, durante la colisión, el premonitoria se impulsa para liberar ondas magnéticas que son mucho más complejas de lo que se pensaba en un principio.

"Nuestro estudio revela que las tormentas solares modifican profundamente la región del premonitorio, "dice Lucile.

Cuando las frecuencias de estas ondas magnéticas se transforman en señales audibles, dan lugar a una extraña canción que podría recordar más los efectos de sonido de una película de ciencia ficción que un fenómeno natural.

En tiempos tranquilos cuando ninguna tormenta solar golpea la Tierra, la canción es más grave y menos compleja, con una sola frecuencia dominando la oscilación. Cuando golpea una tormenta solar, la frecuencia de la onda se duplica aproximadamente, con la frecuencia precisa de las ondas resultantes dependiendo de la fuerza del campo magnético en la tormenta.

"Es como si la tormenta estuviera cambiando la sintonía del premonitorio, "explica Lucile.

Y no se detiene allí porque no solo cambia la frecuencia de la onda, sino que también se vuelve mucho más complicada que la frecuencia única presente en tiempos tranquilos. Una vez que la tormenta golpea el premonitorio, la ola rompe en una compleja red de diferentes, frecuencias más altas.

Simulaciones por computadora del premonitorio, realizado utilizando un modelo llamado Vlasiator, que se está desarrollando en la Universidad de Helsinki, demostrar el intrincado patrón de ondas que aparece durante las tormentas solares.

Los cambios en el premonitorio tienen el poder de afectar la forma en que la tormenta solar se propaga hacia la superficie de la Tierra. Aunque todavía es una pregunta abierta exactamente cómo funciona este proceso, está claro que la energía generada por las ondas en el premonitorio no puede escapar al espacio, a medida que las olas son empujadas hacia la Tierra por la tormenta solar entrante.

Antes de que lleguen a nuestra atmósfera sin embargo, las olas encuentran otra barrera, el arco de choque, que es la región magnética del espacio que ralentiza las partículas del viento solar antes de que choquen con el campo magnético de la Tierra. La colisión de las ondas magnéticas modifica el comportamiento del arco de choque, posiblemente cambiando la forma en que procesa la energía de la tormenta solar entrante.

Detrás del arco de choque los campos magnéticos de la Tierra comienzan a resonar a la frecuencia de las ondas y esto contribuye a transmitir la perturbación magnética hasta el suelo. Es un proceso rápido, tomando alrededor de diez minutos desde que la ola que se genera en el premontaje hasta que su energía llega al suelo.

Lucile y sus colegas ahora están trabajando para comprender exactamente cómo se generan estas ondas complejas.

"Siempre esperábamos un cambio en la frecuencia, pero no en el nivel de complejidad de la onda, " ella agrega.

Solar storms are a part of space weather. While the solar wind is always blowing, explosive releases of energy close to the sun's surface generate turbulence and gusts that eventually give rise to solar storms.

Understanding space weather has become increasingly important to society because of the damaging effects solar storms can have on sensitive electronics and technology on ground and in space. It is now more important than ever that we understand how space weather disturbances such as solar storms propagate through the Solar System and down to Earth, and ESA's upcoming Solar Orbiter mission, scheduled for launch in February 2020, will greatly contribute to these investigations.

This new scientific study based on the long-lived Cluster mission provides another detail in that knowledge but it also has a larger role to play in our understanding of the universe. Magnetic fields are ubiquitous and so the kind of complex interaction seen in Earth's foreshock may take place in a variety of cosmic environments, including exoplanets orbiting close to their parent star, as they would be immersed in intense magnetic fields.

"This is an excellent example of how Cluster continues to extend our knowledge of the sun-Earth connection, even years after the original data was obtained, " says Philippe Escoubet, ESA Project Scientist for Cluster.

"The results take us deeper into the details of fundamental magnetic interactions that take place across the universe."