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La atmósfera y la magnetosfera de la Tierra

 

La atmósfera y la magnetosfera de la Tierra

Tras Venus, llegamos a la Tierra. Con un diámetro de 12.800 kilómetros, ligeramente superior al de Venus, la Tierra es el planeta más grande del sistema solar interno. Ella orbita en torno al Sol a una distancia media de 150 millones de kilómetros en un año.

Esta distancia sirve de definición para la unidad astronómica, una unidad de distancia utilizada para medir las distancias en el sistema solar. El plano de la órbita de la Tierra en torno al Sol se llama el plano de la eclíptica, y sirve también de referencia en el sistema solar.

 

Galileo

 

Una imagen de la Tierra tomada por la sonda Galileo en el momento de su primer sobrevuelo de nuestro planeta en 1990. Crédito: NASA

 

Las estaciones

La Tierra gira sobre sí misma en un poco menos de 24 horas, lo que da lugar a la alternancia de los días y las noches.

Su eje de rotación está inclinado 23 grados con relación a la dirección perpendicular al plano de la eclíptica. Este eje guarda una dirección más o menos fija con relación a las estrellas, pero, en el curso de la órbita terrestre, cambia su dirección con relación al Sol. Es esta particularidad que da lugar a las estaciones.

Así pues, a finales del mes de junio, el hemisferio norte de nuestro planeta está ligeramente inclinado hacia Sol y recibe más radiación: los días son más largos y las temperaturas más calientes, el verano comienza en el hemisferio norte.

Al contrario, a finales del mes de diciembre, es el hemisferio sur el que se inclina hacia el Sol. En el hemisferio norte, los días son más cortos y las temperaturas más bajas, es el invierno que comienza.

En los períodos de transición, ninguno de los hemisferios es privilegiado, las temperaturas son medias, al igual que la duración de los días, es la primavera o el otoño.

La atmósfera

Una de las características que distinguen nuestro planeta es la composición de su atmósfera. Esta última contiene el 78 por ciento de nitrógeno, el 21 por ciento de oxígeno, estando constituido el resto por gases raros como el argón, gas carbónico, vapor de agua y rastros de otros constituyentes, sin olvidar numerosas partículas en suspensión.

A modo de comparación, los planetas Venus y Marte tienen una atmósfera dominada por el gas carbónico, con un poco de nitrógeno y prácticamente ningún oxígeno.

La gran cantidad de oxígeno presente es una consecuencia directa del fenómeno terrestre más notable: la vida. Es en efecto el desarrollo de organismos vivos que transformó lentamente nuestra atmósfera inyectando oxígeno.

 

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Una aurora austral fotografiada desde el cohete espacial en el momento del máximo solar de 1991. Crédito: NASA

 

Los límites de la atmósfera no están bien definidos. La densidad desminuye con la altitud, pero la atmósfera es todavía detectable a millares de kilómetros de altitud.

Las variaciones de temperatura con la altitud permitieron definir varias capas en la atmósfera.

A partir del suelo, la temperatura disminuye hasta alcanzar un mínimo de -55 grados Celsius a una altura de aproximadamente 10 kilómetros. Esta capa se llama la troposfera, y contiene las tres cuartas partes de la masa total de la atmósfera. Es allí donde se producen todos los fenómenos meteorológicos como las nubes o la lluvia.

Por encima de la troposfera, la temperatura sube hasta alcanzar cero grados Celsius hacia una altitud de 50 kilómetros: es la estratosfera. Encontramos allí, en particular las moléculas de ozono que desempeñan un papel esencial absorbiendo los rayos ultravioletas del Sol, impidiéndoles alcanzar el suelo. Es, por otra parte, esta absorción que produce el aumento de temperatura en la estratosfera.

Entonces, la temperatura empieza de nuevo a descender hasta los 85 kilómetros, esta es la mesosfera; después, al volver a subir, es la termosfera, la capa en la cual los pequeños cuerpos del sistema solar se consumen dando lugar a meteoros o estrellas fugaces.

Más allá de 500 kilómetros aproximadamente, se habla de la exosfera. A este nivel, los principales constituyentes son el hidrógeno y el helio. Éstos apenas están ya vinculados a la Tierra y pueden,  pues, escaparse a su gravedad y huir hacia el medio interplanetario.

El magnetismo

Otro elemento igualmente importante en la cercanía de la Tierra es el campo magnético. Como podemos verificarlo todos los días con la ayuda de una brújula, la Tierra está provista de un campo magnético. Éste, probablemente encuentra su origen en las corrientes eléctricas que circulan en la parte líquida del núcleo de hierro de nuestro planeta.

El eje del campo magnético no está alineado sobre el eje de rotación, sino inclinado alrededor de 11 grados. Esto explica que el polo Norte magnético se encuentra en Canadá, relativamente lejos del polo Norte geográfico definido por el eje de rotación.

La acción del campo magnético da origen a una región del espacio, llamada magnetosfera, en la cual el movimiento de las partículas está dictado por el campo magnético terrestre.

La forma de la magnetosfera está definida por la interacción de las partículas del viento solar con nuestro campo magnético, y depende, pues, de la actividad de nuestra estrella. En la dirección del Sol, la magnetosfera se extiende por término medio hasta 60.000 kilómetros, pero, en la dirección opuesta, se estira formando una cola que puede extenderse hasta millones de kilómetros.
 

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Una vista de artista de la interacción entre el viento solar y la magnetosfera terrestre (escala no respetada). Crédito: ESA

 

Cuando las partículas del viento solar alcanzan nuestro planeta, la inmensa mayoría son desviadas por el campo magnético y rodean la magnetosfera. Algunas partículas que consiguen penetrar son cogidas en la trampa y se ponen a girar en espiral alrededor de las líneas de campo, y a viajar alternativamente de un polo magnético al otro.

Este movimiento da origen a dos zonas ricas en partículas, los cinturones de radiación de Van Allen, del nombre de su descubridor. Cada una de estas zonas tiene la forma de un anillo que rodea la Tierra. La primera se encuentra aproximadamente a 5000 kilómetros de altitud y contiene sobre todo protones energéticos. La segunda se encuentra a 25.000 kilómetros y contiene electrones y protones de energía menor. Anotemos que los cinturones de Van Allen constituyen el primer gran descubrimiento hecho por los satélites artificiales.

De vez en cuando, en particular después de una erupción solar, electrones y protones energéticos consiguen penetrar en la alta atmósfera al nivel de las regiones polares. Ionizan entonces los átomos y las moléculas presentes y dan lugar a un fenómeno luminoso llamado aurora boreal o austral, según el polo en cuestión.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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