Las auroras boreales, o auroras boreales, que llenan el cielo en las regiones de latitudes altas han fascinado a las personas durante miles de años. Pero la forma en que se crearon, aunque se teorizó, no se había probado de manera concluyente.
En un nuevo estudio, un equipo de físicos dirigido por la Universidad de Iowa reporta evidencia definitiva de que las auroras más brillantes son producidas por poderosas ondas electromagnéticas durante tormentas geomagnéticas. Los fenómenos, conocidos como ondas Alfven, aceleran los electrones hacia la Tierra, causando las partículaspara producir el familiar espectáculo de luces atmosféricas.
El estudio, publicado en línea el 7 de junio en la revista Comunicaciones de la naturaleza , concluye una búsqueda de décadas para demostrar experimentalmente los mecanismos físicos para la aceleración de electrones por las ondas de Alfven en condiciones correspondientes a la magnetosfera auroral de la Tierra.
"Las mediciones revelaron que esta pequeña población de electrones experimenta una 'aceleración resonante' por el campo eléctrico de la onda Alfven, similar a un surfista que atrapa una ola y se acelera continuamente a medida que el surfista se mueve junto con la ola", dice Greg Howes, profesor asociado enel Departamento de Física y Astronomía de Iowa y coautor del estudio.
Los científicos han sabido que las partículas energizadas que emanan del sol, como los electrones que corren a aproximadamente 45 millones de millas por hora, se precipitan a lo largo de las líneas del campo magnético de la Tierra hacia la atmósfera superior, donde chocan con moléculas de oxígeno y nitrógeno, pateandoellos en un estado excitado. Estas moléculas excitadas se relajan emitiendo luz, produciendo los tonos coloridos de la aurora.
La teoría fue apoyada por misiones de naves espaciales que con frecuencia encontraron ondas de Alfven viajando hacia la Tierra por encima de las auroras, presumiblemente acelerando electrones en el camino. Aunque las mediciones basadas en el espacio habían respaldado la teoría, las limitaciones inherentes a las mediciones de naves espaciales y cohetes habían impedido una prueba definitiva.
Los físicos pudieron encontrar evidencia confirmatoria en una serie de experimentos llevados a cabo en el Large Plasma Device LPD en el Basic Plasma Science Facility de UCLA, un centro de investigación colaborativo nacional apoyado conjuntamente por el Departamento de Energía de EE. UU. Y la National Science Foundation.
"La idea de que estas ondas pueden energizar los electrones que crean la aurora se remonta a más de cuatro décadas, pero esta es la primera vez que hemos podido confirmar definitivamente que funciona", dice Craig Kletzing, profesor del Departamentode Física y Astronomía en Iowa y coautor del estudio. "Estos experimentos nos permiten realizar las mediciones clave que muestran que las mediciones espaciales y la teoría explican, de hecho, una de las principales formas en que se crean las auroras".
El fenómeno de los electrones "navegando" en el campo eléctrico de una onda es un proceso teórico conocido como amortiguación de Landau, propuesto por primera vez por el físico ruso Lev Landau en 1946. Mediante simulaciones numéricas y modelos matemáticos, los investigadores demostraron que los resultados de suexperimento coincidió con la firma prevista para la amortiguación de Landau.
El acuerdo de experimento, simulación y modelado proporciona la primera evidencia directa de que las ondas de Alfven pueden producir electrones acelerados, causando la aurora, dice Troy Carter, profesor de física en UCLA y director del Instituto de Ciencia y Tecnología del Plasma de UCLA.
"Este desafiante experimento requirió una medición de la pequeña población de electrones que se mueven hacia abajo de la cámara LPD a casi la misma velocidad que las ondas de Alfven, que suman menos de uno en mil de los electrones en el plasma", dice Carter.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Iowa . Original escrito por Richard C. Lewis. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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