Quien haya tenido la oportunidad de observar una aurora, sea boreal o austral, aunque sea en fotografía o video, no podrá negar que son hermosas y quienes tienen la fortuna de verlas en vivo dicen que es uno de los más conmovedores fenómenos de la naturaleza. Pero ¿qué provoca las auroras? En la primaria nos enseñan que el campo magnético de la Tierra provoca que el denominado viento solar, que no es otra cosa que la heliosfera, se desvíe hacia los polos, donde al chocar con las moléculas que conforman la alta atmósfera emiten energía en forma de luz. Aunque este no es todo el misterio de las auroras, no nos aqueja por el momento, ya que lo importante en esta entrada es explicar el origen de las magnetosferas planetarias.
Haciendo memoria, la más antigua consecuencia que se conoce del magnetismo terrestre es la brújula, aparato de gran importancia en la navegación. Esta era conocida y había sido usada muchos siglos antes de que William Gilbert, físico de la reina Isabel I y contemporáneo de su tocayo Shakespeare, viera que la causa del magnetismo se encontraba en el interior de la Tierra y no en los cielos, como muchos habían supuesto. Pero no fue hasta 1832 cuando el geomagnetismo se convirtió en ciencia, con el gran matemático alemán Carl Friedrich Gauss, quien además de mostrar como medir la intensidad magnética en unidades absolutas y establecer el primer observatorio magnético, realizo en 1838 un análisis matemático en el que mostraba que más del 95% del campo magnético se origina en el interior del planeta y que únicamente el 5% restante tiene fuentes externas.
Pero, ¿Qué mecanismo es capaz de generar y mantener este campo magnético? La explicación parece estar en las propiedades y movimientos del núcleo de la Tierra, un cuerpo esférico de material metálico, probablemente de una composición de hierro-níquel, cuya parte externa se encuentra en estado líquido. El magnetismo interno de la Tierra se explica por la llamada teoría del dínamo, según la cual el núcleo líquido está dando vueltas lentamente, respecto al manto sólido, generando de esta manera corrientes eléctricas que rodean el núcleo. Estas corrientes generan a su vez un campo magnético, parte del cual escapa a la superficie del planeta, dándonos el campo magnético que observamos y otra parte que interacciona con el núcleo líquido que se encuentra en movimiento, sosteniendo de esta manera la acción del dinamo.
¿Y los campos magnéticos en otros planetas? Las atmósferas de Saturno, Urano, Júpiter y Neptuno son ricas en H2 (¿han oído eso de que si hubiera una tina lo suficientemente grande para albergar a cualquiera de estos gigantes llena de agua, estos planetas flotarían?). El centro de Saturno y Júpiter está compuesto por hidrógeno sujeto a condiciones extremas y es probable que éste posea un carácter metálico. Sin embargo, establecer el carácter metálico del hidrógeno en la Tierra está demostrando ser una tarea muy difícil. En 1996 un informe del Laboratorio Livermore (EU) describía cómo cuando se somete una capa fina de H2 líquido a una gran presión por impacto (como al dispararle una bala), se observan cambios en la conductividad consistentes con la formación de hidrógeno metálico. En los experimentos se observó que a una presión de 93 GPa, la resistividad del hidrógeno líquido era ≈ 0.01 Ω m. Cuando la compresión del impacto aumentó la presión a 140 GPa, la resistividad del hidrógeno líquido disminuyó a 5 x10^-6 Ω m y permaneció constante hasta 180 GPa, la presión más elevada probada. Una resistividad de 5 x10^-6 Ω m es típica de un metal líquido; a efectos de comparación, la del Hg líquido a 273 K (-0.15°C, pues) a la presión atmosférica es 9.4 x10^-7 Ω m. A presión baja, el hidrógeno líquido contiene moléculas H2; el espacio interbandas es muy grande (≈1450 kJ mol-1) y el elemento es un aislante eléctrico. Someter H2 líquido a presiones enormes por compresión de impacto da como resultado una reducción drástica en el espacio interbandas. El elemento pasa por una fase semiconductora y finalmente exhibe una conductividad eléctrica típica de un metal cuando el espacio interbandas es ≈30 kJ mol-1. La presión tan grande provoca también que aproximadamente el 10% de las moléculas de H2 se disocien.
Estos resultados pueden aplicarse para actualizar modelos del interior de Júpiter. El radio de Júpiter es 71 400 km y se supone que las condiciones de presión y temperatura son tales que el hidrógeno líquido es metálico relativamente cerca (7000 km) de la superficie del planeta. El campo magnético en la superficie de Júpiter es alrededor de 10^-3 T (T = tesla) comparado con una fuerza de campo de 5 x10^-5 T en la superficie de la Tierra. El primero se origina por el hidrógeno fluido del centro de Júpiter y la elevada fuerza del campo está de acuerdo con el hecho de que el estado metálico se logra relativamente cerca de la superficie del planeta.
Así queda resuelta por ahora la explicación de los campos magnéticos en diversos planetas con base en la teoría del dinamo y de sus composiciones nucleares. Espero esta sencilla explicación haya sido amena y de su gusto.
Haciendo memoria, la más antigua consecuencia que se conoce del magnetismo terrestre es la brújula, aparato de gran importancia en la navegación. Esta era conocida y había sido usada muchos siglos antes de que William Gilbert, físico de la reina Isabel I y contemporáneo de su tocayo Shakespeare, viera que la causa del magnetismo se encontraba en el interior de la Tierra y no en los cielos, como muchos habían supuesto. Pero no fue hasta 1832 cuando el geomagnetismo se convirtió en ciencia, con el gran matemático alemán Carl Friedrich Gauss, quien además de mostrar como medir la intensidad magnética en unidades absolutas y establecer el primer observatorio magnético, realizo en 1838 un análisis matemático en el que mostraba que más del 95% del campo magnético se origina en el interior del planeta y que únicamente el 5% restante tiene fuentes externas.
Pero, ¿Qué mecanismo es capaz de generar y mantener este campo magnético? La explicación parece estar en las propiedades y movimientos del núcleo de la Tierra, un cuerpo esférico de material metálico, probablemente de una composición de hierro-níquel, cuya parte externa se encuentra en estado líquido. El magnetismo interno de la Tierra se explica por la llamada teoría del dínamo, según la cual el núcleo líquido está dando vueltas lentamente, respecto al manto sólido, generando de esta manera corrientes eléctricas que rodean el núcleo. Estas corrientes generan a su vez un campo magnético, parte del cual escapa a la superficie del planeta, dándonos el campo magnético que observamos y otra parte que interacciona con el núcleo líquido que se encuentra en movimiento, sosteniendo de esta manera la acción del dinamo.
¿Y los campos magnéticos en otros planetas? Las atmósferas de Saturno, Urano, Júpiter y Neptuno son ricas en H2 (¿han oído eso de que si hubiera una tina lo suficientemente grande para albergar a cualquiera de estos gigantes llena de agua, estos planetas flotarían?). El centro de Saturno y Júpiter está compuesto por hidrógeno sujeto a condiciones extremas y es probable que éste posea un carácter metálico. Sin embargo, establecer el carácter metálico del hidrógeno en la Tierra está demostrando ser una tarea muy difícil. En 1996 un informe del Laboratorio Livermore (EU) describía cómo cuando se somete una capa fina de H2 líquido a una gran presión por impacto (como al dispararle una bala), se observan cambios en la conductividad consistentes con la formación de hidrógeno metálico. En los experimentos se observó que a una presión de 93 GPa, la resistividad del hidrógeno líquido era ≈ 0.01 Ω m. Cuando la compresión del impacto aumentó la presión a 140 GPa, la resistividad del hidrógeno líquido disminuyó a 5 x10^-6 Ω m y permaneció constante hasta 180 GPa, la presión más elevada probada. Una resistividad de 5 x10^-6 Ω m es típica de un metal líquido; a efectos de comparación, la del Hg líquido a 273 K (-0.15°C, pues) a la presión atmosférica es 9.4 x10^-7 Ω m. A presión baja, el hidrógeno líquido contiene moléculas H2; el espacio interbandas es muy grande (≈1450 kJ mol-1) y el elemento es un aislante eléctrico. Someter H2 líquido a presiones enormes por compresión de impacto da como resultado una reducción drástica en el espacio interbandas. El elemento pasa por una fase semiconductora y finalmente exhibe una conductividad eléctrica típica de un metal cuando el espacio interbandas es ≈30 kJ mol-1. La presión tan grande provoca también que aproximadamente el 10% de las moléculas de H2 se disocien.
Estos resultados pueden aplicarse para actualizar modelos del interior de Júpiter. El radio de Júpiter es 71 400 km y se supone que las condiciones de presión y temperatura son tales que el hidrógeno líquido es metálico relativamente cerca (7000 km) de la superficie del planeta. El campo magnético en la superficie de Júpiter es alrededor de 10^-3 T (T = tesla) comparado con una fuerza de campo de 5 x10^-5 T en la superficie de la Tierra. El primero se origina por el hidrógeno fluido del centro de Júpiter y la elevada fuerza del campo está de acuerdo con el hecho de que el estado metálico se logra relativamente cerca de la superficie del planeta.
Así queda resuelta por ahora la explicación de los campos magnéticos en diversos planetas con base en la teoría del dinamo y de sus composiciones nucleares. Espero esta sencilla explicación haya sido amena y de su gusto.
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