Cuando se lanzó la misión Multiescala Magnetosférica de la NASA, o MMS, los científicos sabían que respondería preguntas fundamentales para la naturaleza de nuestro universo, y MMS no ha decepcionado. Un nuevo hallazgo, presentado en un artículo en Comunicaciones de la naturaleza , proporciona una prueba de observación de una teoría de 50 años y reestructura la comprensión básica de un tipo de onda en el espacio conocida como onda cinética de Alfvén. Los resultados, que revelan complejidades inesperadas a pequeña escala en la onda, también sonaplicable a las técnicas de fusión nuclear, que se basan en minimizar la existencia de tales ondas dentro del equipo para atrapar el calor de manera eficiente.
Desde hace tiempo se sospecha que las ondas cinéticas de Alfvén son transportadores de energía en plasmas, un estado fundamental de la materia compuesto de partículas cargadas, en todo el universo. Pero no fue hasta ahora, con la ayuda de MMS, que los científicos han sidocapaz de observar más de cerca la microfísica de las ondas en las escalas relativamente pequeñas donde se produce la transferencia de energía.
"Esta es la primera vez que hemos podido ver esta transferencia de energía directamente", dijo Dan Gershman, autor principal y científico de MMS en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y la Universidad de Maryland en College Park."Estamos viendo una imagen más detallada de las olas de Alfvén de lo que nadie ha podido obtener antes".
Las ondas podrían estudiarse a pequeña escala por primera vez debido al diseño único de la nave espacial MMS. Las cuatro naves espaciales de MMS vuelan en una compacta formación piramidal 3-D, con solo cuatro millas entre ellas, más cerca que nunca.antes y lo suficientemente pequeño como para caber entre dos picos de onda. Tener múltiples naves espaciales permitió a los científicos medir detalles precisos sobre la onda, como qué tan rápido se movía y en qué dirección viajaba.
Misiones anteriores de varias naves espaciales volaron a separaciones mucho más grandes, lo que no les permitió ver las escalas pequeñas, al igual que tratar de medir el grosor de un trozo de papel con un criterio. Sin embargo, la estrecha formación de vuelo de MMS permitióla nave espacial para investigar las longitudes de onda más cortas de las ondas cinéticas de Alfvén, en lugar de pasar por alto los efectos a pequeña escala.
"Solo a estas pequeñas escalas las ondas pueden transferir energía, por eso es tan importante estudiarlas", dijo Gershman.
A medida que las ondas cinéticas de Alfvén se mueven a través de un plasma, los electrones que viajan a la velocidad correcta quedan atrapados en los puntos débiles del campo magnético de la onda. Debido a que el campo es más fuerte a ambos lados de dichos puntos, los electrones rebotan hacia adelante y hacia atrás como si estuvieran confinadospor dos paredes, en lo que se conoce como un espejo magnético en la onda. Como resultado, los electrones no se distribuyen uniformemente en todas partes: algunas áreas tienen una mayor densidad de electrones y otras bolsas quedan con menos electrones.que viajan demasiado rápido o demasiado lento para montar la ola, terminan pasando energía de un lado a otro con la ola mientras se mueven para mantenerse al día.
La capacidad de la ola para atrapar partículas se predijo hace más de 50 años, pero no se había capturado directamente con mediciones tan completas hasta ahora. Los nuevos resultados también mostraron una tasa de atrapamiento mucho mayor de lo esperado.
Este método de atrapar partículas también tiene aplicaciones en la tecnología de fusión nuclear. Los reactores nucleares usan campos magnéticos para confinar el plasma con el fin de extraer energía. Los métodos actuales son altamente ineficientes ya que requieren grandes cantidades de energía para alimentar el campo magnético y mantener el plasmaLos nuevos resultados pueden ofrecer una mejor comprensión de un proceso que transporta energía a través de un plasma.
"Podemos producir, con un poco de esfuerzo, estas ondas en el laboratorio para estudiar, pero la onda es mucho más pequeña que en el espacio", dijo Stewart Prager, científico de plasma en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton en Princeton, Nueva Jersey."En el espacio, pueden medir propiedades más finas que son difíciles de medir en el laboratorio".
Este trabajo también puede enseñarnos más acerca de nuestro sol. Algunos científicos piensan que las ondas cinéticas de Alfvén son la clave de cómo el viento solar, el flujo constante de partículas solares que se extiende hacia el espacio, se calienta a temperaturas extremas. Los nuevos resultadosproporcionar información sobre cómo podría funcionar ese proceso.
En todo el universo, las ondas cinéticas de Alfvén son omnipresentes en todos los entornos magnéticos, e incluso se espera que estén en los chorros extragalácticos de los cuásares. Al estudiar nuestro entorno cercano a la Tierra, las misiones de la NASA como MMS pueden utilizar un entorno único y cercanolaboratorio para comprender la física de los campos magnéticos en todo el universo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NASA / Centro de vuelo espacial Goddard . Original escrito por Mara Johnson-Groh. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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