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La Tierra, el Gran Imán

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La Tierra, el Gran Imán

Mensaje por Invitado el Dom Jul 10, 2011 6:37 pm

Introducción (si la necesita)
El año 2000 es un importante aniversario para la ciencia. Han pasado 400 años desde que "De Magnete" de William Gilbert apareció por vez primera, el primer estudio sistemático del magnetismo y de la electricidad. A Gilbert le debemos la noción (ahora sabida) de que la propiedad misteriosa de la aguja de la brújula de apuntar hacia el norte proviene del hecho de que la propia Tierra es un enorme imán. Gilbert también nos proporcionó el primer debate sobre la "fuerza electrick", enriqueciendo nuestro lenguaje y nuestras vidas con todas las cosas relativas a la electricidad, los electrones y la electrónica.

Pero lo mejor de todo, Gilbert introdujo con firmeza la idea de que el verdadero entendimiento de la naturaleza solo viene de los experimentos y las observaciones, no de postular como sería un mundo perfecto citando las opiniones sin base de los antiguos escritores.
En medio de esto, Gilbert fue el padre fundador del estudio del geomagnetismo, una rama aún viva de la geofísica. Este sitio web además de describir los trabajos pioneros de Gilbert, revisa los logros del geomagnetismo en los cuatro siglos que siguieron:

Los destacados descubrimientos de Halley, Coulomb, Oersted, Ampere y Gauss.
La inesperada conexión entre la actividad de las manchas solares y el magnetismo terrestre.
La profunda "dinamo" que se cree que es la responsable del campo.
Las insólitas inversiones de la polaridad magnética de la Tierra.
El papel del magnetismo en el descubrimiento de la "deriva" de los continentes.
La extensión del magnetismo al espacio alrededor de la Tierra, y aún a otros planetas.

Para la historia de una gran aventura de la ciencia, no se podría escoger algo más sorprendente.

Gauss y el Campo Magnético Global

El interés público en las ciencias le debe mucho a Alexander Von Humboldt (1769--1859). Alexander, cuando era un joven, exploró las selvas de América del Sur, pero gran cantidad de su vida la pasó en París, donde atrajo la atención pública, incansablemente, hacia los logros en las ciencias naturales. Al final de su vida integró sus conocimientos científicos en un monumental conjunto de volúmenes denominado "Kosmos".

Reuniéndose Humboldt, en 1828, con el mayor matemático alemán de su tiempo, Carl Friedrich Gauss, le sugirió que debía emplear su talento en los misterios del magnetismo. Gauss y su colega Weber construyeron un laboratorio para el estudio del magnetismo, en el que, entre otras cosas, inventaron el primer telégrafo magnético.
Hasta ese momento, la brújula, y "aguja" sobre un eje horizontal que apuntaba hacia abajo, medían bien la dirección de la fuerza magnética, pero ¿cómo se medía su fuerza? Gauss ideó un método ingenioso para conseguirlo, usando un imán auxiliar; es hoy en día un popular ejercicio de laboratorio para estudiantes.

También conoció un método usado en mecánica celeste para el análisis de la gravedad y lo aplicó para la descripción de la región de las fuerzas magnéticas de la Tierra, su "campo magnético". También ese método está aún en uso: representa el campo como la suma de un "dipolo" predominante norte-sur (2 polos, como una barra imantada) cuya fuerza disminuye con la distancia r como 1/r3, más un "4 polo" disminuyendo 1/r4, más un "8 polo" disminuyendo 1/r5, y así sucesivamente. El campo de un "monopolo" aislado probablemente disminuirá como1/r2, de la forma en que lo hace la gravedad, pero nunca se ha observado un polo único, siempre se originan (al menos) en pares.

Las nuevas herramientas para una mejor observación y descripción del campo magnético terrestre conducen a mejores observaciones mundiales. Gauss y Weber organizaron una "Unión Magnética" para el establecimiento de observatorios, y Humboldt atrajo al Zar de Rusia para crear una cadena de observatorios por toda Siberia. Sin embargo, la mayor ayuda le vino del Imperio Británico, cuya "Cruzada Magnética", liderada por Sir Edward Sabine levantó estaciones desde Canadá a Tasmania (conocidas como "Territorio de Van Diemen"). La vasta red de estaciones no solo hicieron posible los primeros modelos globales del campo, sino que también demostraron el carácter mundial de las tormentas magnéticas.
Se pueden comparar hoy en día los modelos magnéticos, algunos basados en observaciones desde satélites, a los comenzados por Gauss hace más de 150 años. Se observa una tendencia: el campo "dipolo" dominante se está haciendo más débil, un 5% por siglo (el porcentaje puede haberse incrementado desde 1970). En el caso improbable de que continúe igual la tendencia, dentro de unos 1500-2000 años se invertirá la polaridad magnética terrestre.

El campo magnético terrestre no desaparecerá, porque otros componentes del campo (4 polos, etc.) se harán entretanto más fuertes, y como ha mostrado el difunto Ned Benton, la energía magnética total permanece prácticamente igual. Pero la dirección dominante de la brújula se invertirá, y el "magnetismo fósil" de la rocas sugiere que esto, en verdad, ha ocurrido muchas veces durante la historia geológica, la más reciente hace unos 700,000.

El Ciclo Magnético Solar
Al mismo tiempo que Gauss estudiaba el campo magnético terrestre, en otro lugar en Alemania, un importante astrónomo amateur llamado Heinrich Schwabe, un farmacéutico, estaba explorando en busca de un planeta desconocido. Ese planeta, provisionalmente llamado "Vulcano", se pensaba que se localizaría dentro de la órbita de Mercurio, tan cercano al Sol que su presencia solo se hiciera evidente cuando pasase entre el Sol y nosotros, como un punto oscuro a través del disco solar. Sin embargo, el Sol también tenía su propias y oscuras "manchas solares" y, para asegurarse de cual era un nuevo planeta, Schwabe les siguió la pista.

Vulcano no existe, nunca se le ha visto durante un eclipse total. Sin embargo, después de una década o más de persistentes observaciones, Schwabe encontró algo que se les había escapado a todos los astrónomos de los dos siglos anteriores, desde que fueron descritas las manchas solares por Galileo y Christopher Scheiner. Detectó que el número de manchas crecía y disminuía en un ciclo casi regular, que duraba unos 11 años. Pronto sacó la conclusión de que las grandes "tormentas magnéticas", cuando se producía la perturbación del campo magnético (normalmente más de un 1%), parecía que ocurrían más frecuentemente durante los años en los que había más manchas.

¿Qué eran las manchas solares? Galileo había conjeturado que eran nubes flotando en la atmósfera solar, que bloqueaban algo de su luz. Su verdadera naturaleza solo afloró cuando, en 1908, George Elery Hale, líder entre los astrónomos de los EE.UU., demostró que eran intensamente magnéticas. Su campo magnético es tan fuerte como el de un pequeño imán de hierro, unas 3000 veces más fuerte que el campo cerca de la superficie de la Tierra. Pero a pesar de eso, se extienden a menudo sobre áreas mayores que toda la superficie de la Tierra. Aparentemente, el campo magnético disminuye de algún modo el flujo de calor del interior del Sol, causando que las manchas sean ligeramente más oscuras que el resto del Sol.

La evidencia del magnetismo de las manchas es su luz emitida. Los gases resplandecientes emiten luz en unas longitudes de onda bien definidas (p.e. colores), un conjunto diferente para cada sustancia. Sin embargo en 1897, Pieter Zeeman halló que cuando se emite esa luz desde la región de un fuerte campo magnético, la emisión se divide en longitudes de onda ligeramente diferentes, con una separación que se incrementa con la fuerza del campo. Los colores de la luz emitida desde las manchas se "dividen" de esa forma.

El método fue posteriormente mejorado por Babcock y otros, permitiendo a los astrónomos observar no solo el campo magnético de las manchas, sino también el débil campo cercano a los polos del Sol. Se concluyó que el Sol tenía un campo polar parecido al de la Tierra, pero que invertía su polaridad cada ciclo de 11 años.
Las manchas también nos ayudaron a conocer mejor el propio campo magnético terrestre. La superficie del Sol consiste en gas ionizado caliente ("plasma"), lo suficiente caliente para conducir la electricidad. Evidentemente, el campo de la mancha era producido por corrientes eléctricas, y es bien conocido que esas corrientes pueden generarse mediante un "proceso de dinamo", por el movimiento de un conductor eléctrico (p.e. el flujo de plasma solar) a través de un campo magnético.

En 1919 Sir Joseph Larmor propuso que esos campos de las manchas solares eran debidos a tales corrientes de dinamo. Sugirió que existía un cadena cerrada de causa-efecto, en la que el campo creado por esas corrientes era también el campo que lo hacía posible, el campo en el que el movimiento del plasma generaba las corrientes requeridas. Muchos rasgos de las manchas continúan siendo un misterio, pero la idea de Larmor abrió una era de conocimientos nuevos de los procesos magnéticos en el centro de la Tierra.

Y aun hay mucho y muy interesante, chequenlo en este enlace...

http://www.phy6.org/earthmag/Mdmagint.htm

Revisenlo a fondo! mucha utilidad.

Saludos!

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