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, repeliendo y atrapando las partículas cargadas del Sol. Pero sobre América del Sur y el Océano Atlántico sur, 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 inutilizar 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 fuerza del campo magnético allí, tanto por cómo tales cambios afectan la atmósfera de la Tierra como un indicador de lo que está sucediendo con los campos magnéticos de la Tierra, en las profundidades del globo.
Actualmente, la SAA no genera impactos visibles en la vida diaria en la superficie. Sin embargo, observaciones y 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 que el valle de la anomalía, o región de intensidad de campo mínima, se ha dividido en dos lóbulos, lo que crea desafíos adicionales para las misiones satelitales.
Una gran cantidad de científicos de la NASA en grupos de investigación geomagnética, geofísica y 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 externo.

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, ni es perfectamente estable. Eso es porque el campo se origina en el núcleo exterior de la Tierra: fundido, rico en hierro y en movimiento vigoroso a 1800 millas debajo de la superficie. Estos metales en movimiento actúan como un generador masivo, llamado 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 el tiempo. Estos procesos dinámicos en el núcleo se ondulan hacia el campo magnético que rodea al planeta, generando 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 los metales en el núcleo externo, brindan a los científicos nuevas pistas para ayudarlos a desentrañar la dinámica del núcleo que impulsa la geodinamo.
"El campo magnético es en realidad una superposición de campos de muchas fuentes actuales", dijo Terry Sabaka, geofísico del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Las regiones fuera de la Tierra sólida también contribuyen al campo magnético observado. Sin embargo, 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 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, lo 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 pueden volverse muy energizados y el campo magnético puede deformarse, permitiendo que las partículas cargadas penetren en la atmósfera.
"El SAA observado también puede interpretarse como una consecuencia del debilitamiento del dominio del campo de dipolos en la región", dijo Weijia Kuang, geofísico y matemático del 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 la 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 provocar 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 la pérdida de instrumentos o de un satélite completo, los operadores suelen apagar los componentes no esenciales a medida que pasan por el SAA. De hecho, el Explorador de conexión ionosférica de la NASA viaja regularmente por la región, por lo que la misión mantiene un control constante sobre la posición de la SAA.
La Estación Espacial Internacional, que se encuentra en órbita terrestre baja, también pasa por la SAA. Está bien protegido y los astronautas están a salvo de daños mientras están dentro. 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, recopilan datos de varias posiciones en el exterior de la ISS. El SAA causa "señales intermitentes" en los detectores de GEDI y restablece las placas de alimentación del instrumento una vez al mes, dijo Bryan Blair, investigador principal adjunto de la misión y científico de instrumentos y científico de instrumentos lidar en Goddard.
"Estos eventos no causan daño a GEDI", dijo Blair. "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".
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 Explorador de partículas solares, anómalas y magnetosféricas, o SAMPEX, la primera de las misiones Small Explorer de la NASA, lanzada en 1992 y que proporciona 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 la 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, publicados en la revista Space Weather, también pudieron proporcionar una imagen clara del tipo y la cantidad de radiación de partículas que reciben los satélites al pasar por el SAA, lo que enfatizó la necesidad de un monitoreo 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. Los ingenieros del satélite Low-Earth Orbit, o LEO, utilizaron los resultados para diseñar sistemas que evitarían que un evento de enclavamiento provoque fallas o pérdidas 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 en tierra. 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. Utilizado 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 en el tiempo.
"A pesar de que el SAA se mueve lentamente, está experimentando algunos cambios en la morfología, por lo que también es importante que sigamos observándolo mediante 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 "mella" 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.

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