El campo magnético de la Tierra proporciona una barrera invisible pero crucial que protege a la Tierra del viento solar: una corriente de partículas cargadas lanzadas desde las capas externas del sol. Las propiedades protectoras del campo magnético pueden fallar debido a un proceso conocido como reconexión magnética,que ocurre cuando dos líneas de campo magnético opuestas se rompen y se reconectan entre sí, disipando cantidades masivas de energía y acelerando partículas que amenazan el tráfico aéreo y los sistemas de comunicación satelital.
Justo fuera del campo magnético de la Tierra, la avalancha de electrones y gases ionizados del viento solar crea una vorágine turbulenta de energía magnética conocida como la envoltura magnética. Si bien la reconexión magnética ha sido bien documentada más cerca de la Tierra, los físicos han intentado determinar si la reconexión también ocurreen esta zona turbulenta
Un nuevo trabajo de investigación en coautoría del profesor de física de la Universidad de Maryland James Drake sugiere que la respuesta a esta pregunta es sí. Las observaciones, publicadas en la edición del 10 de mayo de 2018 de la revista Naturaleza , proporcione la primera evidencia de reconexión magnética que ocurre a escalas espaciales muy pequeñas en la vaina magnetosa turbulenta. Sin embargo, a diferencia de la reconexión que ocurre con el campo magnético de la Tierra, que involucra electrones así como iones, la reconexión turbulenta en la vaina magnetosa involucra solo electrones.
"Sabemos que la energía magnética en los sistemas turbulentos y agitados cae en cascada a escalas cada vez más pequeñas. En algún momento esa energía se disipa por completo. La gran pregunta es cómo sucede eso y qué papel juega la reconexión magnética a escalas tan pequeñas", Drake"Este estudio muestra que la reconexión de hecho puede ocurrir a escala electrónica, sin iones involucrados en absoluto, lo que sugiere que la reconexión puede ayudar a disipar la energía magnética a escalas muy pequeñas".
Al dibujar una imagen más clara de la física de la reconexión magnética, el descubrimiento promete avanzar en la comprensión de los científicos de varias preguntas abiertas en física solar. Por ejemplo, la reconexión magnética a escala electrónica puede desempeñar un papel en el calentamiento de la corona solar -una capa expansiva de partículas cargadas que rodea el sol y alcanza temperaturas cientos de veces más altas que la superficie visible del Sol. Esto a su vez podría ayudar a explicar la física del viento solar, así como la naturaleza de los sistemas magnéticos turbulentos en otras partes del espacio.
La misión Magnetosphere Multiscale MMS de la NASA reunió los datos para el análisis. Volando en una formación piramidal con tan solo 4.5 millas de distancia entre cuatro naves espaciales idénticas, MMS tomó imágenes de electrones dentro de la pirámide una vez cada 30 milisegundos. Estas mediciones de alta precisión permitieronlos investigadores capturarán la reconexión magnética turbulenta de solo electrones, un fenómeno no observado previamente.
"MMS descubrió la reconexión magnética de electrones, un nuevo proceso muy diferente de la reconexión magnética estándar que ocurre en áreas más tranquilas alrededor de la Tierra", dijo Tai Phan, miembro senior del Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de California, Berkeley y el líderautor del artículo: "Este hallazgo ayuda a los científicos a comprender cómo los campos magnéticos turbulentos disipan la energía en todo el cosmos".
Debido a que la reconexión turbulenta involucra solo electrones, permaneció oculto para los científicos que buscaban la firma reveladora de la reconexión magnética estándar: los chorros de iones. En comparación con la reconexión estándar, en la que grandes chorros de iones fluyen decenas de miles de millas desde el sitio de reconexión, la reconexión turbulenta expulsa chorros estrechos de electrones de solo un par de millas de ancho.
Pero los científicos de MMS pudieron aprovechar el diseño de un instrumento, la Investigación Rápida de Plasma, para crear una técnica que les permitiera leer entre líneas y reunir puntos de datos adicionales para resolver los chorros.
"El evento clave del documento ocurre en 45 milisegundos. Este sería un punto de datos con los datos regulares", dijo Amy Rager, una estudiante graduada de la Universidad Católica de América en Washington, DC, que trabajó en el Goddard Space de la NASA.Flight Center para desarrollar la técnica: "En cambio, podemos obtener de seis a siete puntos de datos en esa región con este método, lo que nos permite comprender lo que está sucediendo".
Con el nuevo método, los científicos de MMS esperan que puedan analizar los conjuntos de datos existentes para encontrar más de estos eventos y otros descubrimientos inesperados también.
"Hubo algunas sorpresas en los datos", dijo Drake. "La reconexión magnética ocurre cuando tienes dos campos magnéticos apuntando en direcciones opuestas y se aniquilan entre sí. En el presente caso, un gran campo magnético ambiental sobrevivió después de la aniquilación. Honestamente, nos sorprendió que la reconexión turbulenta a escalas muy pequeñas pudiera ocurrir con este campo magnético de fondo presente ".
La reconexión magnética se produce en todo el universo, por lo que todo lo que los científicos aprendan sobre él cerca de la Tierra se puede aplicar a otros fenómenos. Por ejemplo, el descubrimiento de la reconexión turbulenta de electrones puede ayudar a los científicos a comprender el papel que juega la reconexión magnética en el calentamiento de la inexplicablemente caliente corona solar- la atmósfera exterior del sol - y la aceleración del viento solar supersónico. La próxima misión Parker Solar Probe de la NASA viajará directamente hacia el sol en el verano de 2018 para investigar estas preguntas - armado con una nueva comprensión de la reconexión magnética cerca de la Tierra.
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Materiales proporcionados por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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