19/02/2021

Per què s’inverteix el camp magnètic terrestre?

Clic per engrandir. Perquè el camp magnètic de la Terra s'inverteix
esporàdicament?. Crèdit: marcel, Adobe Stock

Qui no ha jugat de nen a ser un explorador intentant orientar-se amb una brúixola? Des del segle XV, la propietat d’orientació d’aquestes petites agulles magnètiques són navegadors ben coneguts. Reflecteix l’existència d’un camp magnètic terrestre que, a més de proporcionar un mitjà d’orientació fiable, protegeix la Terra i la seva biosfera de la radiació solar. No obstant això, el camp magnètic de la Terra està lluny de ser estable. De fet, els pols magnètics no són fixos i la seva posició canvia amb els anys fins que s’inverteixen.

Vent solar: la Terra protegida pel seu camp magnètic. Les tempestes del Sol projecten
a l’espai partícules molt energètiques que els astronautes poden veure amb els
ulls tancats. Si no ens arriben és perquè el camp magnètic de la Terra (magnetosfera)
ens protegeix del vent solar. Descobriu amb el vídeo com funciona aquest
sorprenent escut. Crèdit: Futura-Sciences  

Aquests episodis d’inversió del camp magnètic, quan el pol nord es converteix en el pol sud i viceversa, s’han produït centenars de vegades en la història de la Terra. Però, per què el camp magnètic s'inverteix esporàdicament? Quin és l'origen i la força motriu d'aquestes inversions? 

Què és el camp magnètic terrestre?

Imagineu-vos un imant dipol gran situat al centre de la Terra. Les línies magnètiques de força creades representen el que s’anomena camp magnètic terrestre. Aquestes línies de força tallen la superfície de la Terra amb un angle que varia amb la latitud. "Entren" verticalment en un punt anomenat "pol magnètic nord" i surten de la mateixa manera pel pol magnètic sud. A l’equador magnètic, les línies del camp són horitzontals. Actualment, l’eix magnètic està desplaçat respecte de l’eix de rotació de la Terra, cosa que significa que els pols magnètic i geogràfic no coincideixen. El pol magnètic nord es troba actualment a Sibèria i el pol sud a Adelie Land, davant de l'Antàrtida.

Inversions del camp magnètic al llarg del temps

A principis de la dècada de 1900, els científics van descobrir que les roques d’origen volcànic tenien diferents direccions d’imantació. Algunes mesures van indicar la magnetització en la mateixa direcció que el camp magnètic actual, altres van indicar una magnetització totalment oposada, creant "anomalies magnètiques". D’aquestes observacions va néixer la idea que el camp magnètic de la Terra es pot revertir esporàdicament. Aquesta hipòtesi s’ha recolzat al llarg del temps i actualment hi ha escales de polaritat magnètica que identifiquen i daten les diverses inversions que s’han produït durant la història de la Terra. 

Aquestes escales defineixen períodes de polaritat "normals" quan el camp mesurat és el mateix que l'actual i períodes de polaritat "inversa" quan el camp mesurat es troba en la direcció oposada. Està clar que les inversions no són ni regulars ni d’igual durada. Els intervals de temps corresponents a una polaritat estable (normal o inversa) s’anomenen crons i es numeren a partir de l’actual (C0). La durada de cada cron és extremadament variable, i va des de menys d’un milió d’anys fins a diverses desenes de milions d’anys (llavors parlem d’un supercron). La seva freqüència també és molt caòtica. Així, el camp magnètic s’ha invertit unes 300 vegades durant els darrers 200 milions d’anys. L’última inversió es va produir fa 773.000 anys.

 Clic per engrandir. Escala de polaritat magnètica dels darrers temps. ©  EUA Geological Survey

L’origen de les inversions del camp magnètic terrestre

Gràcies a les mesures, observem que els pols no estan estacionaris i es mouen. Durant els darrers vint anys, el pol nord ha migrat diversos centenars de quilòmetres i actualment es mou al voltant de 55 km/any. En canvi, el pol sud només es mou 10 km/any. Aquestes variabilitats, que signifiquen que els dos pols magnètics no estan necessàriament situats a les antípodes, estan vinculades a la dinàmica complexa del camp magnètic, que no només és dipolar, sinó que té components multipolars. Aquesta multipolaritat està lligada als moviments del ferro líquid dins del nucli terrestre. Les pertorbacions del nucli poden modificar les estructures convectives i provocar l'aparició de bucles magnètics secundaris que s'afegeixen al dipol principal. Aquest component multipolar seria capaç de debilitar temporalment el dipol terrestre, cosa que conduiria a una inversió completa del camp magnètic o bé a un restabliment dels pols a la seva posició original després d’un període d’excursió.

Just abans d’una inversió els pols magnètics doncs, semblen seguir trajectòries complexes i sinuoses a la superfície de la Terra, en associació amb una dràstica disminució de la intensitat del camp magnètic, però sense que desaparegui completament. No obstant això, els mecanismes precisos associats a la inversió del camp magnètic encara són poc coneguts i, en particular, l’origen de les pertorbacions al nucli terrestre. Sembla que en tots els casos es produeix una inversió en un interval de temps relativament curt, de 1.000 a 20.000 anys com a màxim.

 Clic per engrandir. Modelització del camp magnètic terrestre per Glatzmaier i Roberts.
A l’esquerra, durant un període de calma, predomina el component dipolar. A la dreta,
durant una inversió, podem veure l’aparició de diversos pols nord i sud. © NASA  

Per tant, l’acceleració actual del moviment del pol nord magnètic és sinònim d’una inversió a curt termini? Res no és menys segur, el pol sud es manté relativament estable. En qualsevol cas, l’estat actual del nostre coneixement no ens permet predir quan tindrà lloc la propera "excursió" o inversió.

 

Ho he vist aquí.

Dossier Perseverance. Com ha pogut aterrar a Mart

El Perseverance aconsegueix l’aterratge més precís de la història de la NASA en un altre planeta, gràcies a un nou sistema d'aproximació.

Clic per engrandir. Recreació artística que ens mostra el Perseverance dins
les urpes del SkyCrane. Crèdit: NASA, JPL-Caltech

Quan s’acostaven a la superfície de la lluna, els astronautes de la NASA van navegar amb la vista. Per al Perseverance, el rover que ha aterrat a Mart, ha estat una mica el mateix. Llevat que, per descomptat, no hi ha cap astronauta a bord. Però un sistema automatitzat que compararà en directe les fotos que farà del terreny amb mapes pre-enregistrats per determinar la seva posició amb gran precisió.

Podeu triar l'idioma de la subtitulació a la configuració del vídeo. Aquesta recreació en vídeo mostra els esdeveniments clau durant l'entrada, el descens i l'aterratge que s'han produït quan el rover Perseverance de la NASA ha aterrat a Mart ahir, 18 de febrer de 2021. En el lapse d'uns set minuts, la nau espacial ha reduït la seva velocitat des d'unes 12.100 mph (19.500 km/h) del cim de l'atmosfera marciana fins a unes 2 mph (3 km/h) en el moment de l'aterratge en una zona anomenada cràter Jezero. Perseverance buscarà indicis d'antiga vida microbiana a Mart, recollirà i emmagatzemarà roca marciana i regòlit, caracteritzarà la geologia i el clima del planeta i prepararà el camí per a l'exploració humana del Planeta Vermell. Crèdit: NASA/JPL-Caltech

Després d’un viatge de gairebé set mesos pel Sistema Solar, el rover Perseverance de la NASA ha arribat a Mart, aquest dijous, 18 de febrer de 2021, i ho ha fet al cràter Jezero. I si la ubicació es va escollir pel seu gran interès científic (es creu que va albergar el delta d'un riu), les seves característiques no el convertien en el lloc més segur per aterrar al planeta vermell.

El cràter té una amplada de 45 quilòmetres, però la roca més petita, el turó o la duna més petita, i fins i tot les parets del cràter podien haver conduit tota la missió del Perseverance a un final anticipat. Per evitar-ho, els enginyers de la NASA han desenvolupat un sistema de navegació únic. Es basa en un sistema de visió, el LVS per a Lander Vision System (Sistema de visió de l'aterratge), la tasca del qual serà fer fotografies del cràter en temps real. La tecnologia anomenada TRN per a Terrain Relative Navigation (Navegació relativa al terreny) serà l’encarregada de comparar aquestes imatges amb els mapes pre-enregistrats de la zona d’aterratge per guiar el rover i evitar que tingués mals encontres.

Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. La missió Mars 2020 s'ha enfrontat a l'aterratge més difícil fins ara al planeta vermell. Ha aterrat el 18 de febrer de 2021 al cràter Jezero, una extensió de 28 milles d'ample (45 quilòmetres d'ample) plena de penya-segats escarpats, camps de roques i altres obstacles que podrien atrapar l'aterratge. Una nova tecnologia, anomenada Navegació Relativa a el Terreny (TRN), ha permès a la nau evitar els perills de forma autònoma. És el més semblant a tenir un astronauta pilotant la nau, i la tecnologia beneficiarà a la futura exploració robòtica i humana de Mart. Crèdit vídeo: NASA-Jet Propulsion Laboratory

Els enginyers de la NASA afirmen que el sistema és capaç de determinar la posició del rover en aproximar-se al sòl amb una precisió de 60 metres o menys. També calculaven que les probabilitats d’èxit eren del 99%.

Nombroses proves per assegurar l'èxit de la missió

I aquesta confiança la deuen a una bateria de proves realitzades a la Terra abans d’enviar el rover a Mart. Primer al laboratori. “Aquí és on provem totes les variables que podem: buit, vibracions, temperatura, etc. A continuació, modelem diversos escenaris per assegurar-nos que el sistema es comportarà com s’espera independentment de les condicions: un dia assolellat, un dia fosc, un dia de vent, etc". Diu Swati Mohan, el gerent del sistema de navegació, en una declaració del JPL de la NASA. 

El sistema de navegació integrat al rover Perseverance es va provar el 2014 a
Death Valley (Califòrnia) mitjançant aquesta màquina d’enlairament i aterratge
vertical. © Masten Space Systems 

Malgrat això, per molt ben preparat que estigués, els enginyers de la NASA reconeixen que el desembarcament de Perseverance al planeta vermell, el 18 de febrer de 2021, prometia ser perillós. “La vida sempre ens reserva algunes sorpreses. Hi serem per assegurar-nos que tot surti segons el previst. Però no considerarem el partit guanyat fins que el rover no ens enviï el missatge: "He aterrat i estic en terreny estable", concluia Swati Mohan abans del aterratge.


Clic a la imatge per engrandir. Els membres de l'equip de l'explorador de Mart Perseverance de la NASA observen en el control de la missió com arriben les primeres imatges moments després que la nau espacial aterri amb èxit a Mart, el dijous 18 de febrer de 2021, en el Laboratori de Propulsió a Raig de la NASA a Pasadena, Califòrnia. Un objectiu clau de la missió de Perseverance a Mart és l'astrobiologia, incloent la recerca de signes de vida microbiana antiga. El rover caracteritzarà la geologia i el clima de la planeta en el passat, prepararà el camí per a l'exploració humana del Planeta Vermell i serà la primera missió a recollir i emmagatzemar roca i regòlit marcians. Crèdits: NASA / Bill Ingalls.
 
Et convidem a veure el vídeo íntegre de la retransmissió des del CCCB, realitzat en directe, de l'aterratge del Perseverance a Mart amb els comentaris de Guillem Anglada, Mariona Badenas, Ignasi Casanova i Miquel Sureda, a continuació;


Ho he vist aquí i aquí.