Grupos de investigación

Cuerpos que rotan, fluidos que se mueven

laboratorios — por el 30/04/2015 a las 12:48

El Sol y la Tierra, como otras estrellas y planetas, tienen campos magnéticos producidos por el movimiento de fluidos eléctricamente conductores. Este efecto produce las manchas y el viento solar y, en nuestro planeta, forma un escudo contra las partículas de alta energía provenientes del espacio. Laura Sraibman y Fernando Minotti, simulan mediante modelos numéricos este fenómeno.

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Credit: NASA/GSFC/SOHO/ESA

Gentileza: NASA/GSFC/SOHO/ESA

Los cuerpos celestes, como planetas, estrellas y galaxias, tienen asociados un campo magnético que se genera por el movimiento de fluidos eléctricamente conductores. Este efecto se conoce como efecto dínamo y se genera porque el movimiento de un fluido eléctricamente conductor a través de un campo magnético causa un campo electromagnético que genera una corriente inducida, que a su vez tiene asociado un campo magnético. Con la combinación adecuada de campos y flujos, el campo inducido realimenta al campo original y ocasiona su amplificación. “En nuestro universo es común encontrar esta combinación adecuada; por ejemplo en el Sol o en el planeta Tierra”, afirma Laura Sraibman quien, junto a Fernando Minotti, simulan mediante modelos numéricos el dínamo solar y el terrestre. “La ecuaciones del dínamo son complejas de resolver, y el realismo de las soluciones está limitado principalmente por la potencia de cálculo”, aseguran los investigadores.

Para la generación del dínamo planetario o estelar es necesaria la existencia de dos componentes fundamentales: la convección de un fluido eléctricamente conductor y la rotación del cuerpo. Existen varios modelos para explicar el dínamo solar, pero el más aceptado es el de Babcock. “Este modelo plantea que en un principio el campo magnético solar es débil y de tipo poloidal (de polo a polo). Por la rotación, las líneas de campo son retorcidas y surge una componente del campo magnético paralelo al ecuador (toroidal). Esta interacción hace que el campo magnético se intensifique y que las líneas de campo emerjan a la superficie. Luego, por convección, rotación y difusión, parte de la componente toroidal del campo es transformada en poloidal. Esta es la variación mas importante que se observa en el sol y ocurre aproximadamente cada 11 años”, explica Sraibman.

Cuando estas líneas de campo emergen a la superficie, se observan las manchas solares, regiones de intensa actividad magnética en la estrella. “La polaridad magnética en cada hemisferio del Sol es opuesta y se invierte en cada ciclo de manchas”, comenta la investigadora.

En la Tierra, el movimiento de fluidos conductores que genera el campo magnético es una gran masa de hierro fundido que circula por el interior de nuestro planeta. “Este fluido eléctrico de gran volumen se encuentra en el núcleo, bajo el manto y la corteza. El peso de la corteza y del manto crea presiones medias en el núcleo unas dos millones de veces superiores a las dadas en la superficie terrestre. Si a esta característica le sumamos la altísima temperatura del núcleo, unos 5000ºK (relativamente cercana a la temperatura en la superficie del Sol), obtenemos la segunda condición para la geodínamo: una fuente de energía para mover dicho fluido eléctrico”, explica.

Por convección térmica, se mueve el fluido del núcleo exterior y circula. Esto significa que un material conductor se está moviendo con respecto al campo magnético de la Tierra. La rotación, por su parte, da al fluido ascendente en el núcleo una trayectoria helicoidal.

Laura Sraibman y Fernando Minotti.

Laura Sraibman y Fernando Minotti.

“Los polos magnéticos de la Tierra cambian de posición a lo largo del tiempo. En los 4.500 millones de años de existencia de nuestro planeta, se han producido inversiones de las posiciones de los polos cientos de veces. Los períodos normales de inversión suelen ser cada 250.000 años. Sin embargo, en nuestro planeta no ha habido un cambio de estas características desde hace unos 780.000 años”, sostiene Sraibman.

El campo magnético terrestre ha servido históricamente de guía de navegación y, aparentemente, también tendría influencia en las migraciones de varias especies de aves, que lo usan para orientarse. El campo magnético terrestre sirve también de escudo contra las partículas de alta energía provenientes del Sol y del espacio exterior. Si no existiera, estas partículas, destruirían, por ejemplo, la capa de ozono, que protege a la Tierra de los rayos ultravioleta. Por otra parte, cambios en el viento solar pueden afectar el campo magnético terrestre provocando cambios de temperatura en la atmósfera alta y por ende en el clima. Este “clima espacial” puede cambiar órbitas de satélites y un exceso de radiación puede dañarlos.

Por todo esto es importante conocer el campo magnético solar y sus variaciones y tratar de predecir su ocurrencia para saber en qué medida se verá modificado el viento solar. Por otro lado, es importante conocer y predecir las variaciones del campo magnético terrestre para ver si se produce o no el debilitamiento de “nuestro escudo”.

Sraibman y Minotti consideran que en el desarrollo de modelos numéricos para resolver las ecuaciones del dínamo (MHD), tanto para el Sol como para la Tierra, “hay muchas incógnitas por resolver”. Si bien el estudio del dínamo solar está más desarrollado y ya se pueden reproducir de forma bastante exacta las variaciones de su campo magnético, hay muchos parámetros de los modelos desarrollados que se pueden mejorar. El próximo paso es el desarrollo de un modelo del dínamo terrestre, que está menos estudiado que el solar.

 

Grupo de dínamos planetarios y estelares

(INFIP – Departamento de Física)

Instituto de Física del Plasma (INFIP). Planta baja del Pabellón 1. Teléfono: 4576-3371, www.lfp.uba.ar

Dirección: Fernando Minotti

Integrante: Laura Sraibman

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