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Física y Química 3.º ESO · Imanes y magnetismo terrestre

Ampliación: el campo magnético terrestre y las auroras

Objetivo: Al terminar, sabrás describir el campo magnético terrestre como el de un gran imán, explicar cómo nos protege del viento solar y por qué las auroras se ven sobre todo cerca de los polos.

Explicación

Un gran imán… que no es un imán

El campo magnético de la Tierra se parece al de un imán recto colocado en su centro e inclinado unos 10° respecto al eje de giro. Pero dentro de la Tierra no hay un imán: el interior está muy caliente y un imán pierde su magnetismo al calentarse.

El campo se produce en el núcleo externo, una capa de hierro y níquel fundidos que está en movimiento. Al moverse este metal conductor, se generan corrientes eléctricas, y las corrientes eléctricas crean campos magnéticos (es un efecto que estudiarás en el electromagnetismo).

Los polos magnéticos se desplazan: en las últimas décadas, el polo magnético del Ártico se ha movido unas decenas de kilómetros cada año (aproximadamente). A lo largo de la historia de la Tierra, el campo incluso se ha invertido muchas veces: los polos magnéticos se han intercambiado.

La magnetosfera: un escudo

El Sol lanza continuamente al espacio un chorro de partículas con carga eléctrica (protones y electrones): es el viento solar, que viaja a unos 400 km/s (aproximadamente). Si llegara directamente a la superficie, sería peligroso para los seres vivos y dañaría la atmósfera.

El campo magnético terrestre forma a nuestro alrededor una región llamada magnetosfera que desvía la mayor parte de esas partículas cargadas y protege la Tierra.

Las auroras

Cerca de los polos magnéticos, las líneas de campo se meten hacia la Tierra. Algunas partículas del viento solar quedan atrapadas y son guiadas por las líneas de campo hasta la alta atmósfera de las regiones polares, a unos 100–300 km de altura. Allí chocan con los átomos de oxígeno y las moléculas de nitrógeno del aire, que emiten luz:

verde y roja: oxígeno;
azul y violeta: nitrógeno.

Son las auroras: boreales en el hemisferio norte y australes en el sur. Se ven casi siempre en zonas cercanas a los polos (Noruega, Islandia, Canadá, Antártida). Solo en tormentas solares muy intensas llegan a verse desde latitudes como la de España, como ocurrió en mayo de 2024.

Animales con «brújula»

Algunas aves migratorias, las tortugas marinas o las abejas detectan el campo magnético terrestre y lo usan para orientarse en sus viajes.

Puntos clave

El campo terrestre se parece al de un imán recto inclinado unos 10° respecto al eje de giro.
Se origina en el núcleo externo, de hierro y níquel fundidos en movimiento.
Los polos magnéticos se desplazan y el campo se ha invertido muchas veces.
La magnetosfera desvía el viento solar (partículas cargadas del Sol) y nos protege.
Las auroras se producen cuando partículas del viento solar, guiadas hacia los polos, chocan con el oxígeno y el nitrógeno de la alta atmósfera.

Errores frecuentes

ErrorPensar que dentro de la Tierra hay un imán gigante de verdad.
Cómo corregirloEl interior está demasiado caliente para que haya un imán: el campo lo producen las corrientes del metal fundido del núcleo externo.
ErrorCreer que las auroras son reflejos de la luz del Sol en el hielo.
Cómo corregirloLas produce el choque de partículas cargadas con los gases de la alta atmósfera, que emiten luz.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Del Sol al cielo de Noruega situación real (cadena de causas)
Explica, paso a paso, cómo se produce una aurora boreal, desde el Sol hasta el cielo de Noruega. ¿Por qué no se ven auroras en el ecuador?

Resolución
1. El Sol emite viento solar: partículas con carga eléctrica.
2. Al llegar a la Tierra, la magnetosfera desvía la mayor parte.
3. Algunas partículas quedan atrapadas y siguen las líneas del campo magnético, que cerca de los polos magnéticos se meten hacia la Tierra.
4. Así llegan a la alta atmósfera de las regiones polares (a unos 100–300 km de altura).
5. Chocan con el oxígeno y el nitrógeno del aire, que emiten luz verde, roja, azul o violeta: es la aurora.
En el ecuador las líneas de campo son casi paralelas al suelo y no conducen las partículas hacia la atmósfera; por eso allí no hay auroras.
Ejemplo 2. ¿Cuánto tarda el viento solar? numérico
La distancia entre el Sol y la Tierra es de unos $1{,}5 \cdot 10^8$ km. a) ¿Cuánto tarda en llegar el viento solar, si viaja a unos 400 km/s? Da el resultado en días. b) La luz viaja a $3 \cdot 10^5$ km/s. Si en el Sol se produce una gran explosión, ¿cuánto tarda en llegarnos su luz?

Resolución
Las dos cosas viajan casi en línea recta y con velocidad constante: usamos $t = \dfrac{d}{v}$ .

a) $t = \dfrac{1{,}5 \cdot 10^8\ \text{km}}{400\ \text{km/s}} = 3{,}75 \cdot 10^5\ \text{s}$ . En días: $\dfrac{3{,}75 \cdot 10^5}{86\,400} \approx 4{,}3$ días.

b) $t = \dfrac{1{,}5 \cdot 10^8\ \text{km}}{3 \cdot 10^5\ \text{km/s}} = 500\ \text{s} \approx 8$ min 20 s.

Vemos la explosión unos 8 minutos después, pero las partículas tardan días en llegar: por eso los científicos pueden avisar con antelación de una tormenta solar.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Media
Dibuja la Tierra con su eje de giro y el «imán» que representa su campo magnético, inclinado unos 10°. Marca los polos geográficos y los magnéticos, y dibuja algunas líneas de campo. Señala en el dibujo dónde es más probable ver auroras.

Ver solución
Imán con su polo S cerca del polo norte geográfico; líneas que salen cerca del polo sur geográfico y entran cerca del norte; auroras en las zonas próximas a los polos magnéticos.
El imán interior está inclinado unos 10° respecto al eje de giro, con su polo S cerca del polo norte geográfico y su polo N cerca del polo sur geográfico. Las líneas salen del hemisferio sur, rodean la Tierra y entran en el hemisferio norte. Las auroras se ven en dos anillos alrededor de los polos magnéticos, donde las líneas se meten hacia la Tierra.
2. Media
¿Qué es la magnetosfera? ¿Qué pasaría con la vida en la superficie de la Tierra si el planeta perdiera su campo magnético?

Ver solución
Es la región en la que el campo magnético terrestre desvía las partículas cargadas del viento solar. Sin ella, llegarían más partículas y la atmósfera se iría perdiendo poco a poco.
La magnetosfera es la región alrededor de la Tierra dominada por su campo magnético, que desvía las partículas cargadas del viento solar. Sin ella, muchas más partículas llegarían a la atmósfera: aumentaría la radiación dañina y el viento solar podría ir arrancando la atmósfera poco a poco, con graves consecuencias para la vida.
3. Media
Algunas erupciones del Sol lanzan nubes de partículas mucho más rápidas, a unos 1500 km/s. Si la distancia Sol-Tierra es de unos $1{,}5 \cdot 10^8$ km, ¿cuánto tardan en llegar? Da el resultado en horas. ¿Para qué sirve saberlo?

Ver solución
≈ 28 h. Para avisar con tiempo a satélites, redes eléctricas y aviones.
$t = \dfrac{1{,}5 \cdot 10^8\ \text{km}}{1500\ \text{km/s}} = 10^5\ \text{s}$ ; $\dfrac{10^5}{3600} \approx 27{,}8\ \text{h} \approx 28$ h. Saber que llegarán en algo más de un día permite avisar con antelación: proteger satélites y redes eléctricas, y cambiar rutas de aviones que pasan cerca de los polos.

Para practicar más

1. Media
Marte no tiene hoy un campo magnético global como el de la Tierra. Los científicos creen que, por eso, el viento solar le fue arrancando gran parte de su atmósfera. Explica la relación entre campo magnético, viento solar y atmósfera.

Ver solución
Sin campo magnético no hay magnetosfera que desvíe el viento solar, y este arranca poco a poco los gases de la atmósfera.
El campo magnético crea una magnetosfera que desvía las partículas cargadas del viento solar. Marte no tiene ese escudo: el viento solar choca directamente con su atmósfera y va arrancando sus gases. A lo largo de miles de millones de años, Marte se ha quedado con una atmósfera muy fina.
2. Fácil
En las últimas décadas, el polo magnético del Ártico se ha desplazado del orden de 40 km al año (dato aproximado). a) Si siguiera a ese ritmo, ¿cuánto se movería en 10 años? b) ¿Por qué los aeropuertos y los mapas tienen que actualizar de vez en cuando los datos de declinación magnética?

Ver solución
a) Unos 400 km. b) Porque los polos magnéticos se desplazan y cambia la diferencia entre el norte de la brújula y el norte geográfico.
a) $d = v \cdot t = 40\ \text{km/año} \cdot 10\ \text{años} = 400$ km. b) La brújula señala hacia el polo magnético. Como este se desplaza, cambia el ángulo entre el norte que marca la brújula y el norte geográfico (la declinación). Los mapas, los aviones y los barcos tienen que corregirlo para no desviarse.
3. Fácil
En mayo de 2024 se vieron auroras rojizas desde muchos lugares de España. a) ¿Por qué es tan raro verlas en España? b) ¿Qué gas de la atmósfera produce el color rojo?

Ver solución
a) Porque España está lejos de los polos magnéticos; solo se ven en tormentas solares muy intensas. b) El oxígeno.
a) Las auroras se forman sobre todo en las regiones cercanas a los polos magnéticos, adonde las líneas de campo guían las partículas del viento solar. España está lejos: solo en tormentas solares muy intensas llegan tantas partículas que las auroras se extienden hasta nuestras latitudes. b) El rojo (y el verde) lo emite el oxígeno.