A medida que la Tierra orbita alrededor del sol a una velocidad supersónica, corta un camino a través del viento solar. Esta rápida corriente de partículas cargadas, o plasma, lanzada desde las capas externas del sol bombardearía la atmósfera de la Tierra si no fuera por la protección del campo magnético de la Tierra.
Al igual que un bote a motor crea una ola en forma de arco por delante de sí mismo cuando el casco empuja a través del agua, la Tierra crea un efecto similar, llamado choque de proa, al empujar a través del viento solar. Los científicos han tratado de explicar cómoEl campo magnético de la Tierra puede hacer a un lado el poderoso viento solar sin desatar calamidades. Han sabido parte de la respuesta desde hace mucho tiempo: el choque del arco convierte la energía del viento solar en calor almacenado en electrones e iones. Pero ahora, los investigadores tienen nuevas e importantespistas sobre cómo ocurre este proceso.
Un estudio dirigido por la Universidad de Maryland describe las primeras observaciones del proceso de calentamiento de electrones en el choque de proa de la Tierra. Los investigadores descubrieron que cuando los electrones en el viento solar encuentran el choque de proa, aceleran momentáneamente a una velocidad tan alta que ella corriente de electrones se vuelve inestable y se descompone. Este proceso de descomposición les roba a los electrones su alta velocidad y convierte la energía en calor.
Los resultados agregan una nueva dimensión importante a la comprensión de los científicos sobre el campo magnético de la Tierra y su capacidad para proteger al planeta de partículas dañinas y radiación. El trabajo de investigación fue publicado en la revista Cartas de revisión física el 31 de mayo de 2018.
"Si estuviera parado en la cima de una montaña, podría ser golpeado por un viento rápido", explicó Li-Jen Chen, autor principal del estudio y científico investigador asociado en el Departamento de Astronomía de la UMD ". Afortunadamente, comoel viento solar choca contra el campo magnético de la Tierra, el arco de choque nos protege al desacelerar este viento y cambiarlo a una brisa cálida y agradable. Ahora tenemos una mejor idea de cómo sucede esto ".
Los científicos obtuvieron sus datos de la misión Magnetosphere Multiscale MMS de la NASA. La misión MMS consta de cuatro satélites idénticos que llevan instrumentos para estudiar la física del campo magnético de la Tierra a medida que interactúa con el viento solar. Los satélites obtuvieron mediciones tridimensionalescada 30 milisegundos, lo que resulta en cientos de mediciones dentro de la capa de choque del arco. Estas mediciones precisas y de alta frecuencia de la misión MMS fueron críticas para el estudio.
"Las mediciones extremadamente rápidas de MMS nos permitieron finalmente ver el proceso de calentamiento de electrones en la capa de choque delgada", dijo Thomas Moore, científico senior del proyecto en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y coautor del estudio ".es innovador porque ahora tenemos la capacidad de identificar el mecanismo en funcionamiento, en lugar de solo observar sus consecuencias ".
Los científicos saben desde hace algún tiempo que el arco de choque es capaz de convertir de alguna manera la energía de los electrones en calor sin colisiones directas entre los electrones. Esto significa que la fricción, una forma común de generar calor aquí en la Tierra, no esresponsable del calentamiento de electrones en el arco de choque.
"Las nuevas observaciones de la aceleración de electrones en el arco de choque reescriben la comprensión actual del calentamiento de electrones", dijo Chen, quien también es científico investigador en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. "Por ejemplo, los investigadores no esperaban que el arcoel choque podría acelerar la corriente de electrones del viento solar a las velocidades que observamos "
En una fase anterior de la misión MMS, los satélites generalmente orbitaban mucho más cerca de la Tierra, por lo que generalmente se perdían el choque del arco. Sin embargo, un estallido inesperado de viento solar empujó el choque del arco más cerca de la Tierra, permitiendo que los satélites capturen rarosy datos informativos.
Aprovechando esta ventaja, los investigadores observaron la corriente de electrones del viento solar antes, durante y después de encontrarse con el arco de choque. La corriente de electrones acelerada por el choque solo tardó 90 milisegundos en desestabilizarse y descomponerse por completo.
"El estudio del calentamiento de electrones es importante no solo para entender cómo el arco de choque protege la Tierra, sino potencialmente para satélites, viajes espaciales y tal vez explorar otros planetas en el futuro", dijo Chen.
Al dar la primera imagen clara de lo que están haciendo los electrones en el arco de choque, Chen y sus colaboradores esperan alentar a otros científicos a realizar simulaciones por computadora, más observaciones espaciales y experimentos de laboratorio sobre calentamiento de electrones. Chen también espera profundizar más enlos mecanismos por los cuales el arco de choque acelera la corriente de electrones.
"Por lo general, los científicos tienen simulaciones o teorías para predecir lo que está sucediendo y luego diseñan experimentos para medirlo", dijo Chen. "Esta vez es lo contrario: la medición fue primero. La simulación y la teoría tendrán que ponerse al día"."
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Materiales proporcionados por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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