Descubren por primera vez un «huracán espacial» sobre el Polo Norte

Los científicos sospechaban que podían formarse vórtices en lo alto de la atmósfera terrestre, pero esta es la primera vez que se observa uno haciendo girar las auroras boreales.

Publicado 24 mar. 2021 12:45 CET
En la interpretación de este artista, una aurora espiral gira alrededor del Polo Norte. La aurora ...

En la interpretación de este artista, una aurora espiral gira alrededor del Polo Norte. La aurora la crean electrones que se «precipitan» por las líneas del campo magnético terrestre (las líneas verdes) desde un vasto plasma giratorio llamado huracán espacial, que es invisible. La precipitación de electrones (en naranja) es similar a la lluvia en un huracán convencional.

Cuando el Sol emite una ráfaga de partículas cargadas hacia nosotros, aparecen unas auroras preciosas: lazos de luces brillantes en el cielo, cerca de los polos magnéticos norte y sur. Pero de vez en cuando, pende sobre el Polo Norte una zona borrosa de luces aurorales. No estaba claro qué eran estas luces ni qué las producía, sobre todo porque han aparecido durante periodos tranquilos de actividad solar.

Un equipo internacional de científicos podría haberlo averiguado por fin. Estas zonas podrían ser auroras boreales que rotan en una espiral poco ortodoxa similar a la forma de un huracán, un fenómeno que el equipo ha denominado «huracán espacial».

Cuando peinaban montones de datos recopilados por un programa de satélites de la Guerra Fría, los investigadores detectaron un estallido de las emisiones aurorales sobre el Polo Norte capturado con un nivel de detalle sin precedentes. Según informan en un estudio publicado en febrero en Nature Communications, una aurora inusual que apareció en 2014 sobre el polo norte tenía un «ojo» con «vientos» intensos de plasma —gas ionizado— que se movían a su alrededor como si fuera un vórtice. Duró unas ocho horas, midió casi mil kilómetros de diámetro y se extendió desde su base a 96 metros sobre el nivel del mar hasta 800 kilómetros de alto, llegando al espacio.

Las zonas aurorales como aquella observadas antes de 2014 también podrían haber sido huracanes espaciales. De ser así, significaría que el fenómeno de 2014 no es un nuevo descubrimiento per se. Pero, según el coautor del estudio Kjellmar Oksavik, investigador de física espacial en la Universidad de Bergen, en Noruega, «esta es la primera vez que hemos visto que realmente se trata de un huracán, en forma, tipo y comportamiento».

Aún quedan incógnitas, como con qué frecuencia se forman los huracanes espaciales y cuánta energía transfieren a la atmósfera terrestre.

A la caza de huracanes espaciales 

Durante los últimos años, el autor principal del estudio Qing-He Zhang, de la Universidad de Shandong en China, ha analizado datos satelitales con sus alumnos para tratar de encontrar fenómenos interesantes en la atmósfera superior. Uno de esos conjuntos de datos se obtuvo gracias al Programa de Satélites Meteorológicos de Defensa, creado originalmente por Estados Unidos en los años sesenta para rastrear la meteorología mundial y ayudar a las fuerzas armadas del país a planificar operaciones militares.

Zhang explica que, como existen entidades similares a los huracanes en las nubes de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno —por ejemplo, la Gran Mancha Roja de Júpiter—, así como en la Tierra, sentía curiosidad por saber si podría existir algo similar en las atmósferas superiores de los planetas. La Tierra, rodeada de satélites, parecía un buen lugar para empezar a indagar.

Los satélites ya han detectado zonas aurorales sospechosas sobre el polo norte magnético, pero esos ojos en el cielo nunca han contado con las órbitas ni las cámaras adecuadas para vislumbrar más que un simple borrón. Sin embargo, los satélites militares estadounidenses orbitan mucho más lejos de la Tierra y transportan instrumentos que pueden avistar estas auroras con claridad. Aunque esta configuración es perfecta para hallar un huracán espacial, no fue tarea fácil para los investigadores, ya que no sabían cuándo eran más propensos a aparecer ni cuáles eran las características principales de un huracán espacial. «No sabes lo que estás buscando», afirma Oksavik.

Esos satélites detectaron un punto auroral ciclónico que giraba justo encima del polo norte magnético el 20 de agosto de 2014, que además se parecía a un huracán. Pero la actividad solar de la época no concordaba. La alineación del campo magnético extendido del Sol no era propicia para una aurora intensa y el viento solar —la corriente de partículas y magnetismo que emite el Sol al espacio— se desplazaba lentamente y carecía de muchas partículas cargadas.

¿Cómo podía existir esta aurora?

Los conceptos básicos de las auroras 

En primer lugar, es importante entender cómo aparecen las auroras normales.

Los electrones expulsados por el Sol caen hasta los polos magnéticos. Chocan contra moléculas y átomos gaseosos neutros en la atmósfera superior, lo que las carga temporalmente y causa destellos de luz. Esa luz —blanca, roja, violeta, azul, verde y roja, dependiendo de los gases específicos— constituye las auroras boreales y australes.

Las auroras boreales aparecen en el denominado óvalo auroral, que básicamente es un anillo alrededor del norte magnético que se expande y se contrae a medida que el campo magnético terrestre responde al viento solar supersónico y al campo magnético del Sol.

Un óvalo auroral ancho ocurre cuando el campo magnético del Sol apunta hacia al sur mientras interactúa con la sección diurna del campo magnético de la Tierra, que apunta hacia el norte a medida que circula alrededor del planeta. Durante una tormenta solar, en la que los electrones y partes del campo magnético del Sol vuelan hacia la Tierra, los campos magnéticos solar y terrestre pueden acoplarse, algo similar a los dos extremos opuestos de una barra imantada. Este acoplamiento crea una fuerte vía magnética entre el Sol y la Tierra y permite que los electrones y los iones positivos del viento solar se precipiten en la atmósfera terrestre en los polos.

Para explicar el extraño vórtice auroral de 2014 —un remolino de luces concentrado alrededor del norte magnético—, el equipo trató de reproducir lo que observaron los satélites en un modelo 3D, que puede simular los movimientos de los fluidos magnéticos.

Entonces, la brújula magnética del Sol apuntaba hacia el norte, así que el acoplamiento con el campo magnético de la Tierra era extremadamente débil. Eso hizo que el óvalo auroral se contrajera en un puntito encima del polo norte magnético.

Pese a las condiciones moderadas del viento solar presentes aquel día, los electrones se precipitaron en la atmósfera superior terrestre. Sobre un óvalo auroral ancho, lo normal sería que produjeran auroras tenues. Pero aquel día, al caer en un óvalo tan estrecho, rebotaban con más moléculas y átomos gaseosos de lo normal en ese punto específico, creando un resplandor auroral más brillante de lo esperado.

Finalmente, el viento solar también tuvo un componente magnético este-oeste. Esto no es inusual, pero con un óvalo auroral tan estrecho, básicamente lo empujó e hizo que la aurora girara. Y, voilá, un huracán espacial.

Historia de dos huracanes

Los autores del estudio reconocen que las comparaciones con los huracanes que se forman sobre los océanos de la Tierra no son perfectas.

Ambos tienen ojos y la materia gira alrededor del ojo a velocidades vertiginosas en brazos espirales. «La analogía es evocadora, sin duda», afirma Daniel Swain, climatólogo de la Universidad de California, Los Ángeles, que no participó en la investigación. Pero señala que son dos cosas fundamentalmente distintas. Un huracán es un motor térmico que extrae energía de los océanos en los trópicos y la transfiere a los polos. Los procesos físicos que conlleva un huracán espacial son completamente diferentes.

La palabra «huracán» también puede evocar la imagen de algo enorme, furioso y destructivo, como ocurre con los huracanes de la Tierra. ¿Podrían los huracanes espaciales ser una amenaza para el planeta?

Las comunicaciones por radio y por satélite en la atmósfera sobre el norte magnético podrían, por ejemplo, afectar a las posiciones derivadas por GPS de los exploradores árticos. Que los electrones caigan en un óvalo estrecho también podría calentar la atmósfera subyacente lo suficiente como para hacer que se expanda y sobresalga hacia arriba. Esto podría ralentizar los satélites a medida que se desplazan por este embolsamiento atmosférico denso.

Pero es probable que los efectos sean muy leves. Las tormentas geomagnéticas creadas por explosiones solares mucho más potentes, las que son capaces de freír la infraestructura eléctrica del planeta, son el verdadero peligro en la meteorología espacial, señala Alexa Halford, investigadora de física espacial del Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA en Maryland, que no participó en el estudio.

Piruetas en la oscuridad

La búsqueda de más huracanes espaciales prosigue. Oksavik afirma que, ahora que los investigadores saben qué características buscar, pueden escribirse algoritmos que peinen los datos satelitales e identifiquen otros candidatos. Cuando los encuentren, ayudarán a los investigadores a entender mejor su comportamientos y deberían revelar si ocurren exclusivamente sobre el Polo Norte o si también aparecen en el sur.

Que el huracán espacial de 2014 ocurriera durante un ciclo solar tranquilo sugiere que son habituales, ya que para existir no necesitan una actividad solar por encima de la media. Y quizá no solo ocurran en la Tierra, sino también en otros mundos con campos magnéticos, como los gigantes helados y gaseosos y posiblemente la luna de Júpiter Ganímedes, la única luna con su propio campo magnético.

Pero descubrir solo uno es bastante emocionante. «Como humanos, creemos que sabemos mucho sobre el universo y nuestro planeta y lo que nos rodea», afirma Oksavik. «Y entonces descubrimos algo inesperado».

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.

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