Camp magnètic de la Terra

 

Col·laboració de Maia Raigorodsky per al capítol Visions de ciència

El magnetisme és una propietat de l’electromagnetisme, una de les forces primordials que es troben a la naturalesa. Cap als inicis del s.XIX Hans Christian Oersted estudiava els fluxos de corrents elèctriques en un ferro i va veure que la corrent causava que l’agulla d’una brúixola propera es mogués. Posteriorment el fenomen va ser estudiat a França per André-Marie Ampére i va veure que el magnetisme era bàsicament una força entre corrents elèctriques: dues corrents paral·leles que en la mateixa direcció s’atrauen i en direccions oposades es repel·leixen. En el nostre Cosmos existeixen multitud d’estrelles que tenen camps magnètics importants, com ara les taques del Sol, la Terra, Júpiter, Saturn i Urà. Segons el principi explicat, les forces magnètiques es produeixen pel moviment de partícules carregades com ara els electrons. Com ja hem vist, tradicionalment, allò més reconegut en aquest camp és la força de repulsió i atracció que actua entre els materials magnètics.

En un sentit molt ampli, el camp magnètic de la Terra es comporta de la mateixa manera que un imant gegant; el nucli terrestre és líquid, això vol dir que té un magma molt calent i un material conductor (ferro i níquel fosos). Com tots sabem el planeta gira i el magma del nucli gira amb ell però no de manera uniforme (també gira per convecció del fluid). Una rotació que no és uniforme d’aquest material conductor crea una dínamo (pas d’energia mecànica a energia elèctrica) i és aquesta la que dóna lloc al camp magnètic terrestre, que presenta un pol nord i un pol sud. S’ha de tenir en compte que el nord i el sud magnètics no són el mateix que el nord i el sud geogràfics per la declinació magnètica. És important també saber que cada molts milions d’anys els pols magnètics s’inverteixen.

La qüestió és plantejar-se si els camps magnètics tenen efectes observables de manera que els astrofísics puguin determinar la seva naturalesa. I evidentment, la resposta és afirmativa. A continuació veurem, en trets molt generals, alguns exemples de projectes més recents, instruments i mètodes que s’han utilitzat per recollir dades i què s’ha obtingut.

En els últims anys, la majoria d’informacions per veure els canvis en el comportament dels camps magnètics terrestres (de la magnetosfera) ens han arribat a través de cinc sondes espacials del projecte THEMIS iniciat al 2007 per la NASA. Cada satèl·lit va carregat amb diferents aparells com analitzadors electrostàtics, magnetòmetres de portes de flux, etc… Per posar un exemple, veiem que gràcies a aquests, el científic David Sibeck, ens va fer saber al desembre del 2008 que s’havia descobert una esquerda en el camp magnètic de la Terra, deu vegades més gran del que abans es pensava possible. Alguns sensors col·locats a les sondes van registrar partícules de vent solar en direcció cap a l’interior de la magnetosfera terrestre, i això va ser el que provocà l’esquerda. En gràfics realitzats per ordinador, hi ha imatges que representen el flux del vent solar al voltant del camp magnètic de la terra amb colors indicatius de densitat, els colors blaus més propers a la Terra serien els menys densos i els més llunyans, de color vermell i provinents del sol, serien els més densos. Doncs bé, les imatges ens fan visibles el concepte d’esquerda fent-nos veure que on està el límit del camp magnètic terrestre (que hauria de ser de color blau i menys dens) hi ha per contra colors més aviat vermellosos i grogosos, que representen aquesta intrusió del vent solar a la magnetosfera.

Els satèl·lits THEMIS també són responsables de moltes investigacions i atorgadores de fotografies actuals que hem pogut veure de les aurores boreals, la causa de la qual es basa en la interacció del vent solar (que viatja a 400 Km/s) amb el camp geomagnètic terrestre, tot produint un espectacle visual de colors incandescents a la ionosfera. Gràcies als satèl·lits s’han pogut investigar les erupcions a les aurores boreals anomenades “subtormentes” i la font de la seva energia.

Altres satèl·lits anteriors als THEMIS per estudiar la magnetosfera han estat el Double Star de la Xina al 2004, el Cluster de l’Agència Espacial Europea al 2000 o l’Image de la NASA al 2000. La pròxima missió de la NASA està prevista pel 2014 encara sense nom i ens referim a ella de moment com a MMS: Magnetoshpheric Multiscale Mission amb millor equipament tècnic i professional; es vol reunir informació sobre la microfísica de la reconnexió magnètica, l’acceleració de les partícules i la turbulència dels plasmes.

També és important anomenar un projecte encara més recent que el THEMIS, i de caire internacional anomenat SUNRISE (2009), objectiu del qual va ser l’obtenció d’imatges i polarimetria d’alta resolució espacial dels fenòmens de la fotosfera i la cromosfera. Per aconseguir-ho es va desenvolupar un telescopi d’un metre d’apertura per l’estudi del magnetisme solar, juntament amb altres instruments científics, entre els que destaca l’IMaX, un dels magnetògrafs més avançats i realitzats a Espanya amb la col·laboració de quatre instituts astrofísics. Aquest telescopi va ser embarcat en un globus estratosfèric i enviat des de Suècia fins a Canadà en una travessia de sis dies volant a 40 Km d’alçada. Els discs durs de l’ImaX van ser rescatats perdent part d’informació, però es van poder retransmetre les primeres imatges en alta qualitat en el centre d’una línia espectral solar de l’àtom de ferro, corresponent a una alçada de 300 km per sobre d’on s’observa la granulació solar que ja coneixem. Com veiem, aquest tipus d’imatges permetran als científics poder inferir el camp magnètic sobre la superfície solar.

La ciència és una combinació de descobriments científics lligats als tecnològics on l’element primordial és l’observació, l’anàlisi de les imatges, dels rastrejos, de tot allò que ens envolta. Per a aquesta observació són imprescindibles tots els passos que s’estan seguint, arribant per fi a les imatges d’alta qualitat, d’on cada cop més podem veure allò que no ens hi és a l’abast a simple vista i que és fonamental per l’avenç del coneixement humà.

Col·laboració de Maia Raigorodsky per al capítol Visions de ciència