En el Sol encontramos toda una gama de
ejemplos de estructuras fibrosas helicoidales con corrientes de
Birkeland fluyendo a lo largo de las líneas de fuerza de los campos
magnéticos locales: protuberancias (1011 A), espículas,
corrientes coronarias, erupciones y otras más.
El Sol es la fuente del
campo magnético en forma de espiral de Arquímedes (formada por la
rotación del Sol), en el cual se encuentra inmerso la totalidad del
sistema solar.
La zona influida por el campo magnético del Sol se le
conoce como heliósfera. La sonda Voyager 1 (Viajero 1, por su nombre original en inglés) alcanzó en el 2005 la frontera con la heliósfera (heliopausa), la cual es estimada que se encuentra alejada de nosotros entre las 110÷160 Unidades Astronómicas
(1 UA
= 150 millones de kilómetros).
Se espera que el generador
termoeléctrico de radiosótopo durará hasta el 2020, lo cuál podría ser
suficiente tiempo para enviar datos valiosos acerca del viento solar en
la heliopausa.
En la heliopausa el Voyager detectó una caida en la
velocidad del viento solar desde 1.6 millones de km/hr hasta 250 mil
km/hr, puesto que la heliopausa es el lugar donde el viento solar
colisiona con el viento estelar.
El detector de rayos cósmicos,
magnetómetro, detector de ondas de plasma
y el detector de partículas cargadas de baja energía del Voyager están
operacionales y todavía mandando datos de vuelta a la Tierra, al día de
hoy.
Desde el Sol se expulsa una corriente
ininterrumpida de partículas neutrales y cargadas eléctricamente, a la
cual llamamos viento solar.
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Viento Solar que rodea a la Tierra
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| Concentración: quizá 30 partículas en un cm3 Velocidad: 500 km/s Temperatura: 50 eV (1 eV ~ 10 000 K) Campo magnético: 20 nT (200 microgauss) |
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| Forma del campo magnético Solar. A la derecha, superficie de campo nulo. | |
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| Magnetósfera de nuestro Sol |
    Fotos
de la misma zona Solar en diferentes longitudes de onda. El cuarteto de
formaciones luminosas en la parte superior son manchas solares. En el
intervalo óptico estas manchas serían más oscuras que sus alrededores, ¡
pero en la zona de onda corta por el contrario son más luminosas!1) 1083 nm (He I); National Solar Observatory, Kitt Peak (Arizona) 12.10.1997 2) 30.4 nm (He II), Soho EIT (Ultravioleta extremo), 13.10.1997 3) 19.5 nm (FeXII), Soho EIT (Ultravioleta extremo), 13.10.1997 4) Rayos X suaves, telescopio Yohkoh de rayos X suaves, 11.10.1997 |
    1) Estructura filamentaria de la parte brillante alrededor de una mancha solar. Fotografía en la línea espectral del hidrógeno.2) Protuberancia influida por el campo magnético. Sonda Soho, 1996. 3) Caída de dos cometas, Romeo y Julieta (Soho 54 y Soho 55) dentro del Sol, 1.6.1998. 4) Heliómoto. Las ondas sísmicas fueron capturadas por la sonda Yohkoh, 6.7.1996. Velocidad de propagación de la onda ~ 100 000 km/s |
Magnetósfera planetaria
El campo bipolar original de los
planetas esta deformado por la interacción con el viento solar, y eso se
convierte en la forma característica de las magnetosferas. Justo en la
cercanía planetaria por lo regular se encuentra la plasmósfera
corrotando al planeta; en el sentido hacia el Sol encontramos la onda de
choque, en la cual los parámetros del viento solar cambian
abruptamente.
En la dirección desde el Sol se prolonga una cola de plasma.
El sistema plasmático circunscribe la frontera de la capa
magnetosférica.
En las zonas polares, por la acción de partículas
cargadas atrapadas, se forma una superficie de descarga eléctrica
característica – el brillo polar.
La corriente fluye en las superficies a
lo largo de las líneas de fuerza del campo planetario y se trata de la
así llamada corriente de Birkeland.
Magnetósfera Terrestre.
En
la plasmósfera corrotante la temperatura de las partículas es de 1 eV,
en la cola plasmática es 1 hasta 10 eV, con una concentración de
partículas de 0.5 cm−3. La cola plasmática se prolonga hasta
incluso centuplicar el radio de la Tierra y tiene un grosor de 20 radios
terrestres. La frontera de la capa magnetosférica separa el campo
magnético de la Tierra de los alrededores y tiene una concentración de
partículas de 1 cm−3.
Magnetósfera de Júpiter
es semejante a la magnetósfera del resto de los planetas. Además tiene
el así llamado toro plasmático.
La actividad volcánica de su luna Io
arroja plasmas
ricos en sulfuros, la cual a lo largo de toda su trayectoria crea un
amplio toro plasmático.
A lo largo de las líneas de fuerza del campo
magnético del planeta Júpiter (perpendicular al toro) fluye una
corriente de Birkeland, la cual se cierra a través de la luna Io y en la
calienta parcialmente.
El tamaño de esta corriente de Birkeland se
estima en unos cuantos millones de Amperes. La corriente de Birkeland
contribuye junto con las fuerzas de marea, al calentamiento de la luna y
al mantenimiento de su actividad volcánica.
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Actividad volcánica en Io
1) Volcán Prometheus en Io, sonda Galileo 1998.
2) Volcán Pele, HST (WFPC 2, 1997).
3) Volcán en Io.
1) Volcán Prometheus en Io, sonda Galileo 1998.
2) Volcán Pele, HST (WFPC 2, 1997).
3) Volcán en Io.
Magnetósfera de Saturno tiene también un toro plasmático, similar al de Júpiter. El toro de plasma de Saturno es la más grande de las estructuras plasmáticas en el sistema solar [después del Sol mismo y del plasma
en forma de espiral que se encuentra dentro de la heliósfera, N. del
T.]. Alcanza desde 15 veces el radio de Saturno y hasta 25 veces el
radio del planeta.
Dentro del toro hay aproximadamente 3 000 partículas
en un cm3.
plasma de Saturno" width="150" height="77" vspace="10" />
Magnetósfera de los cometas.
También los
cometas tienen su magnetósfera.
Por ejemplo, en el muy conocido cometa
Halley, en su último paso cerca de la Tierra, fue medido el campo
magnético de su cola en 70 nT (700 microgauss),
la concentración de
partículas es de 1 000 por cm3 y su temperatura es de 1.5 eV
(1 eV ~ 10 000 K).
En el cometa Hyakutake del año 1996 fue encontrada en
su cola una fibra plasmática enredada y el satélite ROSAT detectó
radiación de rayos X saliendo del núcleo.
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Hyakutake, 1996. 1) Fibra plasmática enredada.
2) Núcleo en rayos X (ROSAT)
2) Núcleo en rayos X (ROSAT)
Atmósfera planetaria
En la atmósfera de los planetas el plasma se encuentra sobre todo en una amplia zona ionizada – la ionósfera.
De la atmósfera terrestre la capa más conocida, desde el punto de vista
plasmático, es la capa F (140 hasta 1000 km.), en la cual se alcanzan
concentraciones de partículas ionizadas de hasta 106 en un solo cm3.
En la ionósfera de Venus fue detectada una fibra de conductiva con
corriente de Birkeland con una longitud de hasta 20 Km.
Otros fenómenos
interesantes son las descargas electrostáticas en las atmósferas – los
relámpagos.
La energía típica de un rayo terrestre es de 6×108 J, los rayos en Venus tienen una energía de alrededor de 2×1010 J y en Júpiter of 3×1012 J.
En las zonas polares ocurre una descarga
conductiva en forma de superficie – el brillo polar. En la Tierra son
observados con frecuencia filamentos en la dirección longitudinal con un
largo de quizá unos 100 m.
El brillo polar ha sido observado incluso en
Júpiter y Saturno.
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NebuloBrillo polar: 1) Alaska 1998, 2) polo sur de Júpiter,
3) polo norte de Júpitersas
En muchas nebulosas observamos
estructuras fibrosas helicoidales. Aquí no tenemos una observación
directa, la cual confirmaría que se trata de filamentos con corriente de
Birkeland, pero existen indicios indirectos: la observación del brillo
sincrotrónico polarizado, el cual surge únicamente en las zonas con
campos magnéticos y la detección de manifestaciones de partículas de
alta energía, las cuales pueden ser aceleradas precisamente por una
estructura de estrujamiento (pinch).
Por plasma
se puede considera incluso una amplia gama de hidrógenos neutros
(región H I). Si bien el grado de ionización es en estas nebulosas tan
solo de 10−4, dado su gran tamaño incluso esta concentración
es suficiente para un marcado comportamiento colectivo (la nebulosa
reacciona a los campos globales, tanto eléctricos como magnéticos).
Amplias estructuras fibrosas son
observadas particularmente entre los restos de una explosión de
supernova.
Del brillo que nos llega desde la nebulosa del Cangrejo, se
conjetura la presencia de un campo magnético de unos 16 nT.
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Restos de la explosión de la supernova N 132 D en las Grandes Nubes Magallánicas. HST (WFPC 2, 1995). En la foto se pueden apreciar las típicas estructuras fibrosas. |
Galaxias
En el centro de nuestra galaxia son
monitoreados algunos filamentos con una longitud de unos 60 pc, los
cuales recuerdan una soga retorcida y tienen entonces estructuras
helicoidales.
Probablemente se trata también de estructuras plasmáticas
sostenidas por un campo magnético. El tamaño de este campo y la
corriente están fundados en supuestos sobre extrapolaciones
dimensionales muy poco precisas.
También en radio galaxias, los núcleos
activos de las galaxias y en los chorros (jets) expulsados por quasares
son observadas amplias estructuras fibrosas. Los mismos chorros de los
quasares son plasmas calientes altamente colimados.
Centro de la cercana galaxia gigante M 87. En el centro hay un agujero negro
masivo con chorros de altas energías (jets).
El chorro contiene
partículas cargadas eléctricamente, moviéndose rápidamente y está
compuesto de fibras transversales con dimensiones de 10 años luz.
El
carácter del chorro responde a un modelo de agujero negro con un disco de acreción grueso.
