Una abolladura pequeña pero en evolución en el campo magnético de la Tierra puede causar grandes dolores de cabeza a los satélites.

El campo magnético de la Tierra actúa como un escudo protector alrededor del planeta, repeler y atrapar partículas cargadas del sol. Pero sobre Sudamérica y el sur del Océano Atlántico, un punto inusualmente débil en el campo, llamado Anomalía del Atlántico Sur, o SAA:permite que estas partículas se sumerjan más cerca de la superficie de lo normal. La radiación de partículas en esta región puede dañar las computadoras a bordo e interferir con la recopilación de datos de los satélites que la atraviesan, una razón clave por la que los científicos de la NASA quieren rastrear y estudiar la anomalía.

La anomalía del Atlántico sur también es de interés para los científicos de la Tierra de la NASA que monitorean los cambios en la intensidad del campo magnético allí. tanto por cómo estos cambios afectan la atmósfera de la Tierra y como un indicador de lo que está sucediendo con los campos magnéticos de la Tierra, en lo profundo del globo.

En la actualidad, el SAA no genera impactos visibles en la vida diaria en la superficie. Sin embargo, Las observaciones y los pronósticos recientes muestran que la región se está expandiendo hacia el oeste y continúa debilitándose en intensidad. También se está dividiendo:los datos recientes muestran el valle de la anomalía, o región de mínima intensidad de campo, se ha dividido en dos lóbulos, creando desafíos adicionales para las misiones satelitales.

Una gran cantidad de científicos de la NASA en geomagnética, geofísica, y grupos de investigación en heliofísica observan y modelan el SAA, para monitorear y predecir cambios futuros, y ayudar a prepararse para los desafíos futuros de los satélites y los humanos en el espacio.

Es lo que hay dentro lo que cuenta

La anomalía del Atlántico sur surge de dos características del núcleo de la Tierra:la inclinación de su eje magnético, y el flujo de metales fundidos dentro de su núcleo exterior.

La Tierra es un poco como un imán de barra, con polos norte y sur que representan polaridades magnéticas opuestas y líneas de campo magnético invisible que rodean el planeta entre ellos. Pero a diferencia de un imán de barra, el campo magnético del núcleo no está perfectamente alineado a través del globo, tampoco es perfectamente estable. Eso es porque el campo se origina en el núcleo exterior de la Tierra:fundido, rico en hierro y en vigoroso movimiento a 1800 millas por debajo de la superficie. Estos metales en movimiento actúan como un generador masivo, llamado el geodinamo, creando corrientes eléctricas que producen el campo magnético.

A medida que el movimiento del núcleo cambia con el tiempo, debido a las complejas condiciones geodinámicas dentro del núcleo y en el límite con el manto sólido arriba, el campo magnético también fluctúa en el espacio y en el tiempo. Estos procesos dinámicos en el núcleo se extienden hacia el campo magnético que rodea al planeta, generar el SAA y otras características en el entorno cercano a la Tierra, incluida la inclinación y la deriva de los polos magnéticos, que se mueven con el tiempo. Estas evoluciones en el campo, que ocurren en una escala de tiempo similar a la convección de metales en el núcleo externo, proporcionar a los científicos nuevas pistas para ayudarlos a desentrañar la dinámica central que impulsa la geodinamo.

"El campo magnético es en realidad una superposición de campos de muchas fuentes de corriente, "dijo Terry Sabaka, un geofísico en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. Las regiones fuera de la Tierra sólida también contribuyen al campo magnético observado. Sin embargo, él dijo, la mayor parte del campo proviene del núcleo.

Las fuerzas en el núcleo y la inclinación del eje magnético juntas producen la anomalía, el área de magnetismo más débil, lo que permite que las partículas cargadas atrapadas en el campo magnético de la Tierra se acerquen a la superficie.

El Sol expulsa un flujo constante de partículas y campos magnéticos conocidos como viento solar y vastas nubes de plasma caliente y radiación llamadas eyecciones de masa coronal. Cuando este material solar fluye a través del espacio y golpea la magnetosfera de la Tierra, el espacio ocupado por el campo magnético de la Tierra, puede quedar atrapado y retenido en dos cinturones en forma de rosquilla alrededor del planeta llamados los cinturones de Van Allen. Los cinturones impiden que las partículas viajen a lo largo de las líneas del campo magnético de la Tierra, rebotando continuamente de un polo a otro. El cinturón más interno comienza a unas 400 millas de la superficie de la Tierra, que mantiene su radiación de partículas a una distancia saludable de la Tierra y sus satélites en órbita.

Sin embargo, cuando una tormenta particularmente fuerte de partículas del Sol llega a la Tierra, los cinturones de Van Allen se pueden energizar mucho y el campo magnético se puede deformar, permitiendo que las partículas cargadas penetren en la atmósfera.

"El SAA observado también se puede interpretar como una consecuencia del debilitamiento del dominio del campo dipolar en la región, "dijo Weijia Kuang, un geofísico y matemático en el Laboratorio de Geodesia y Geofísica de Goddard. "Más específicamente, un campo localizado con polaridad invertida crece fuertemente en la región SAA, lo que hace que la intensidad del campo sea muy débil, más débil que el de las regiones circundantes ".

Un bache en el espacio

Aunque la anomalía del Atlántico sur surge de procesos dentro de la Tierra, tiene efectos que van mucho más allá de la superficie de la Tierra. La región puede ser peligrosa para los satélites en órbita terrestre baja que la atraviesan. Si un satélite es alcanzado por un protón de alta energía, puede provocar un cortocircuito y causar un evento llamado trastorno de evento único o SEU. Esto puede hacer que la función del satélite falle temporalmente o puede causar daños permanentes si se golpea un componente clave. Para evitar perder instrumentos o un satélite completo, Los operadores normalmente apagan los componentes no esenciales a medida que pasan por el SAA. En efecto, El Explorador de conexión ionosférica de la NASA viaja regularmente a través de la región, por lo que la misión mantiene un control constante sobre la posición de la SAA.

La Estación Espacial Internacional, que está en órbita terrestre baja, también pasa por el SAA. Está bien protegido, y los astronautas están a salvo de daños en el interior. Sin embargo, la ISS tiene otros pasajeros afectados por los niveles de radiación más altos:instrumentos como la misión de Investigación de Dinámica de Ecosistemas Globales, o GEDI, recopilar datos de varias posiciones en el exterior de la ISS. El SAA provoca "pitidos" en los detectores de GEDI y restablece las tarjetas de alimentación del instrumento aproximadamente una vez al mes. dijo Bryan Blair, el investigador principal adjunto y el científico de instrumentos de la misión, y un científico de instrumentos lidar en Goddard.

"Estos eventos no causan daño a GEDI, "Blair dijo." Las señales intermitentes del detector son raras en comparación con la cantidad de disparos láser, aproximadamente una señal en un millón de disparos, y el evento de línea de reinicio provoca un par de horas de pérdida de datos, pero solo ocurre cada mes más o menos ".

Además de medir la fuerza del campo magnético del SAA, Los científicos de la NASA también han estudiado la radiación de partículas en la región con el Solar, Anómalo, y Explorador de partículas magnetosféricas, o SAMPEX, la primera de las misiones Small Explorer de la NASA, lanzado en 1992 y proporcionando observaciones hasta 2012. Un estudio, dirigido por la heliofísica de la NASA Ashley Greeley como parte de su tesis doctoral, utilizó dos décadas de datos de SAMPEX para mostrar que el SAA se está desplazando lenta pero constantemente en dirección noroeste. Los resultados ayudaron a confirmar los modelos creados a partir de mediciones geomagnéticas y mostraron cómo cambia la ubicación de la SAA a medida que evoluciona el campo geomagnético.

"Estas partículas están íntimamente asociadas con el campo magnético, que guía sus movimientos, "dijo Shri Kanekal, investigador del Laboratorio de Física Heliosférica de la NASA Goddard. "Por lo tanto, cualquier conocimiento de las partículas también te da información sobre el campo geomagnético ".

Los resultados de Greeley, publicado en la revista Space Weather, también pudieron proporcionar una imagen clara del tipo y la cantidad de radiación de partículas que reciben los satélites cuando pasan por el SAA, lo que enfatizó la necesidad de un seguimiento continuo en la región.

La información que Greeley y sus colaboradores obtuvieron de las mediciones in situ de SAMPEX también ha sido útil para el diseño de satélites. Ingenieros para la órbita terrestre baja, o LEO, El satélite utilizó los resultados para diseñar sistemas que evitarían que un evento de enganche provocara una falla o pérdida de la nave espacial.

Modelando un futuro más seguro para los satélites

Para comprender cómo está cambiando el SAA y prepararse para futuras amenazas a satélites e instrumentos, Sabaka, Kuang y sus colegas utilizan las observaciones y la física para contribuir a los modelos globales del campo magnético de la Tierra.

El equipo evalúa el estado actual del campo magnético utilizando datos de la constelación Swarm de la Agencia Espacial Europea. misiones anteriores de agencias de todo el mundo, y mediciones terrestres. El equipo de Sabaka separa los datos de observación para separar su fuente antes de pasarlos al equipo de Kuang. Combinan los datos clasificados del equipo de Sabaka con su modelo de dinámica central para pronosticar la variación secular geomagnética (cambios rápidos en el campo magnético) en el futuro.

Los modelos de geodinamo son únicos en su capacidad de utilizar la física central para crear pronósticos del futuro cercano, dijo Andrew Tangborn, matemático del Laboratorio de Geodinámica Planetaria de Goddard.

"Esto es similar a cómo se producen los pronósticos meteorológicos, pero estamos trabajando con escalas de tiempo mucho más largas, ", dijo." Esta es la diferencia fundamental entre lo que hacemos en Goddard y la mayoría de los otros grupos de investigación que modelan cambios en el campo magnético de la Tierra ".

Una de esas aplicaciones a las que han contribuido Sabaka y Kuang es el campo de referencia geomagnético internacional, o IGRF. Se utiliza para una variedad de investigaciones desde el núcleo hasta los límites de la atmósfera, el IGRF es una colección de modelos candidatos elaborados por equipos de investigación de todo el mundo que describen el campo magnético de la Tierra y rastrean cómo cambia con el tiempo.

"Aunque el SAA es lento, está pasando por algún cambio en la morfología, por lo que también es importante que sigamos observándolo teniendo misiones continuas, "Dijo Sabaka." Porque eso es lo que nos ayuda a hacer modelos y predicciones ".

El SAA cambiante brinda a los investigadores nuevas oportunidades para comprender el núcleo de la Tierra, y cómo su dinámica influye en otros aspectos del sistema terrestre, dijo Kuang. Al rastrear esta "abolladura" que evoluciona lentamente en el campo magnético, los investigadores pueden comprender mejor la forma en que nuestro planeta está cambiando y ayudar a prepararse para un futuro más seguro para los satélites.