Las leyes de la física no se preocupan por el tamaño. Las mismas ecuaciones que describen una gota que cae de una hoja también describen una tormenta que barre un continente. La escala cambia. La física no cambia. Ese principio, conocido como invarianza de escala, ha encontrado una nueva y espectacular demostración a 225 millones de kilómetros (140 millones de millas) de casa, gracias al difunto y gran orbitador MAVEN de la NASA.
En un estudio publicado este mes en Nature Communications, un equipo dirigido por Shaosui Xu del Laboratorio de Ciencias Espaciales de UC Berkeley informa que el mismo motor magnético responsable de las auroras terrestres, el legendario ciclo de Dungey, también opera en Marte. Lo hace no a escala planetaria, como en la Tierra, sino en docenas de arenas en miniatura dispersas por el hemisferio sur marciano, cada una del tamaño de un país pequeño en lugar de un mundo entero.
El descubrimiento reescribe lo que los científicos creían saber sobre las auroras marcianas. También sugiere que el ciclo de Dungey puede ser un fenómeno universal allí donde un viento estelar se encuentra con un campo magnético, independientemente de si ese campo envuelve un planeta entero o solo un parche de corteza antigua.
El ciclo de Dungey a escala completa
Para entender lo que MAVEN encontró, ayuda entender cómo la Tierra produce sus propios espectáculos de luz. El ciclo de Dungey, nombrado en honor al físico británico James Dungey quien lo teorizó en 1961, describe la interacción entre el viento solar, una corriente de partículas cargadas que sopla constantemente del sol, y el campo magnético de un planeta.
En la Tierra, el viento solar comprime el campo magnético en el lado diurno, estirándolo en una larga magnetocola en el lado nocturno. Las líneas de campo magnético en lados opuestos de esa cola se unen y se reconectan. Esto inyecta energía en la magnetocola y acelera electrones que descienden en espiral hacia la atmósfera superior, donde chocan con oxígeno y nitrógeno y producen las auroras boreales y australes.
Hasta el acto final de MAVEN, se creía que este proceso era esencialmente dominio exclusivo de la Tierra entre los planetas terrestres.
Marte y el fantasma de un campo magnético
Marte hoy no tiene campo magnético global. Su núcleo de hierro líquido se enfrió y solidificó hace miles de millones de años, apagando la dinamo interna que una vez generó una magnetosfera protectora. Pero esa dinamo dejó un fantasma.
Hace unos 4 mil millones de años, mientras la dinamo aún estaba activa, magnetizó grandes extensiones de la corteza marciana. Cuando la dinamo se detuvo, esas regiones permanecieron magnéticamente impresas, como limaduras de hierro congeladas después de que se retirara el imán. El resultado es un mosaico de anomalías magnéticas corticales, principalmente en el hemisferio sur, que producen campos magnéticos débiles pero medibles que alcanzan el espacio.
“Los campos corticales marcianos crean lo que podríamos llamar minimagnetosferas localizadas”, explicó Xu. “No están conectados entre sí. Cada uno es su propia pequeña burbuja de protección magnética, elevándose quizás unos cientos de kilómetros sobre la superficie”.
Durante años, los científicos planetarios sabían que estas minimagnetosferas podían generar auroras. El telescopio espacial Hubble y Mars Express detectaron resplandores aurorales ultravioleta provenientes de las Tierras Altas del Sur. Pero el mecanismo detrás de esos resplandores seguía siendo incierto. La reconexión era una candidata, pero nadie había podido demostrar que siguiera el ciclo de Dungey en particular.
“Sabíamos que la reconexión magnética estaba ocurriendo en Marte, pero no esperábamos que fuera como el ciclo de Dungey”, dijo Xu.
El último regalo de MAVEN
La respuesta llegó de una nave espacial que ya había superado su vida útil esperada por años. MAVEN, el orbitador Mars Atmosphere and Volatile Evolution (Atmósfera y Evolución Volátil de Marte), llegó a Marte en septiembre de 2014. Su misión principal era estudiar cómo la atmósfera marciana escapa al espacio, ayudando a los científicos a comprender cómo Marte se transformó de un mundo cálido y húmedo en el desierto frío que es hoy.
MAVEN llevaba un conjunto de instrumentos diseñados exactamente para este tipo de trabajo: un magnetómetro de puerta de flujo para medir campos magnéticos, un Analizador de Electrones del Viento Solar para rastrear electrones entrantes, y el instrumento de Composición de Iones Supratérmicos y Térmicos, conocido como STATIC, para medir la energía y composición de los iones. Juntos, estos instrumentos le dieron al equipo de Xu todo lo necesario para diagnosticar el proceso de reconexión en acción.
Al analizar datos de múltiples pases de MAVEN sobre los campos corticales del hemisferio sur, el equipo observó la firma de la reconexión tipo Dungey desarrollándose en miniatura. Las líneas del campo magnético del viento solar se acercaron a Marte, encontraron los campos corticales localizados y se reconectaron con ellos. La reconexión inyectó energía en minimagnetocolas aguas abajo de cada parche cortical, acelerando electrones que llovieron sobre la delgada atmósfera marciana, produciendo auroras locales.
Todo el proceso refleja el ciclo de Dungey terrestre casi exactamente, pero comprimido en escala por tres órdenes de magnitud. Donde la magnetocola terrestre se extiende cientos de miles de kilómetros detrás del planeta, una minimagnetocola detrás de una región de campo cortical en Marte podría extenderse solo unos cientos de kilómetros. Donde los óvalos aurorales terrestres abarcan continentes enteros, las auroras del ciclo de Dungey marciano son resplandores localizados que aparecerían, para un hipotético observador del cielo marciano, como parches aislados de luz en el cielo del hemisferio sur.
Un mecanismo universal
El hallazgo tiene implicaciones que van mucho más allá de Marte. Si el ciclo de Dungey opera a escalas subplanetarias sobre campos magnéticos corticales, entonces probablemente opera dondequiera que un viento estelar encuentre un obstáculo magnético de cualquier tamaño. Eso incluye lunas como Ganímedes, que tiene su propio campo magnético intrínseco. También puede incluir sistemas exoplanetarios, donde las interacciones entre vientos estelares y campos magnéticos planetarios son difíciles de observar directamente, pero ahora pueden ser más predecibles.
“Que este proceso funcione a escalas tan diferentes nos dice algo fundamental sobre cómo funciona la reconexión magnética”, dijo Xu. “No es un fenómeno planetario. Es un fenómeno de plasma que ocurre dondequiera que las condiciones sean adecuadas”.
La universalidad del ciclo de Dungey también ayuda a explicar un enigma que ha perseguido a los investigadores de Marte durante años. Las naves espaciales habían detectado auroras en Marte antes, pero el momento y la ubicación no siempre eran consistentes con modelos simples de precipitación de partículas. Los nuevos resultados sugieren que múltiples mecanismos aurorales están funcionando en Marte simultáneamente. Algunas auroras provienen del impacto directo de electrones. Otras, siguiendo el ciclo de Dungey, provienen de la aceleración impulsada por reconexión, y su sincronización depende de la orientación local del campo cortical y del viento solar, una combinación que cambia constantemente.
El legado de MAVEN
El artículo en Nature Communications es uno de los últimos grandes descubrimientos de MAVEN. El orbitador perdió contacto con la Tierra en diciembre de 2025, después de más de 11 años en órbita, casi tres veces su duración de misión planificada. La NASA declaró la misión concluida en junio de 2026. Pero los datos que MAVEN recopiló durante más de una década continúan produciendo nueva ciencia.
“Este es un resultado notable que cambia cómo pensamos sobre las auroras marcianas y es otro paso importante hacia la comprensión de por qué Marte y la Tierra han evolucionado de manera tan diferente a pesar de estar gobernados por la misma física subyacente”, dijo Shannon Curry, investigadora principal de MAVEN en la Universidad de Colorado Boulder.
Esa cuestión evolutiva es el trasfondo más profundo de todo lo que MAVEN hizo. La Tierra y Marte comenzaron con ingredientes similares: ambos se formaron en el sistema solar interior, ambos tuvieron agua líquida al principio de su historia, y ambos estuvieron sujetos al mismo viento solar. Pero la Tierra retuvo su campo magnético, atmósfera y océanos, mientras que Marte perdió los tres. El descubrimiento añade una nueva pieza a ese rompecabezas, mostrando que incluso un campo magnético parcial y localizado es suficiente para interactuar con el viento solar de la misma manera fundamental que lo hace un campo planetario completo. La diferencia entre los dos mundos no es de clase, sino de grado.
El patrón en el ruido
En física, la invarianza de escala a menudo apunta hacia una verdad más profunda. Cuando las mismas ecuaciones gobiernan fenómenos a escalas salvajemente diferentes, generalmente significa que esas ecuaciones capturan algo esencial. El ciclo de Dungey operando a escala planetaria en la Tierra y a escala de minimagnetosfera en Marte sugiere que la reconexión magnética es uno de esos procesos esenciales, tan fundamental para las interacciones entre estrellas y planetas como la gravedad lo es para los movimientos de esos mismos cuerpos.
Los marcianos no verían cortinas de luz verde y roja bailando en su cielo. Su atmósfera es demasiado delgada y demasiado diferente en composición. Pero si alguien estuviera de pie en las Tierras Altas del Sur en una noche marciana despejada, mirando hacia el cielo en el momento adecuado, vería un resplandor, un parche localizado y evolutivo de luz ultravioleta, impulsado por el mismo motor invisible que ilumina los cielos de la Tierra.
La escala cambia. La física no cambia. MAVEN pasó 11 años demostrando ese punto, y con este descubrimiento final, ha dejado la ciencia planetaria más rica de lo que la encontró.
Traducido por Alessandra