No puedes verlos pero enjambres de electrones zumban a través del entorno magnético, la magnetosfera, alrededor de la Tierra. Los electrones giran en espiral y se sumergen alrededor del planeta en una danza compleja dictada por los campos magnético y eléctrico. Cuando penetran en la magnetosfera lo suficientemente cerca de la Tierra, los electrones de alta energía pueden dañar los satélites en órbita y desencadenar auroras. Científicos de la Magnetosfera Multiescala de la NASA, o MMS, misión estudiar la dinámica de los electrones para comprender mejor su comportamiento. Un nuevo estudio publicado en Revista de investigación geofísica reveló un nuevo y extraño tipo de movimiento exhibido por estos electrones.
Los electrones en un campo magnético fuerte generalmente exhiben un comportamiento simple:giran espirales apretadas a lo largo del campo magnético. En una región de campo más débil, donde la dirección del campo magnético se invierte, los electrones se mueven libremente, rebotando y moviéndose hacia adelante y hacia atrás en un tipo de movimiento llamado movimiento de Speiser. Los nuevos resultados de MMS muestran por primera vez lo que sucede en un campo de intensidad intermedia. Entonces estos electrones bailan un híbrido, movimiento serpenteante:gira en espiral y rebota antes de ser expulsado de la región. Este movimiento quita parte de la energía del campo y juega un papel clave en la reconexión magnética. un proceso dinámico, que puede liberar explosivamente grandes cantidades de energía magnética almacenada.
"MMS nos muestra la fascinante realidad de la reconexión magnética que ocurre ahí fuera, "dijo Li-Jen Chen, autor principal del estudio y científico de MMS en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland.
Mientras MMS volaba alrededor de la Tierra, pasó a través de un área de un campo magnético de intensidad moderada donde las corrientes eléctricas corren en la misma dirección que el campo magnético. Estas áreas se conocen como campos guía intermedios. Mientras está dentro de la región, los instrumentos registraron una curiosa interacción de electrones con la hoja actual, la fina capa a través de la cual viaja la corriente. A medida que las partículas entrantes encontraron la región, comenzaron a girar en espirales a lo largo del campo guía, como lo hacen en un fuerte campo magnético, pero en espirales más grandes. Las observaciones de MMS también vieron firmas de las partículas obteniendo energía del campo eléctrico. Pronto, las partículas aceleradas escaparon de la hoja actual, formando chorros de alta velocidad. En el proceso, quitaron algo de la energía del campo, haciendo que se debilite gradualmente.
El entorno del campo magnético donde se observaron los movimientos de los electrones fue creado únicamente por reconexión magnética, lo que provocó que la hoja de corriente estuviera estrechamente confinada por campos magnéticos agrupados. Los nuevos resultados ayudan a los científicos a comprender mejor el papel de los electrones en la reconexión y cómo los campos magnéticos pierden energía.
MMS mide los campos eléctricos y magnéticos que atraviesa, y cuenta electrones e iones para medir sus energías y direcciones de movimiento. Con cuatro naves espaciales volando en un compacto, formación de pirámide, MMS puede ver los campos y las partículas en tres dimensiones y observar la dinámica de las partículas a pequeña escala, de una manera nunca antes lograda.
"La resolución de tiempo de MMS es cien veces más rápida que en misiones anteriores, "dijo Tom Moore, Científico senior de proyectos para MMS en el Goddard Space Flight Center de la NASA. "Eso significa que finalmente podemos ver lo que está sucediendo en capas tan estrechas y podremos predecir mejor qué tan rápido ocurre la reconexión en diversas circunstancias".
Comprender la velocidad de la reconexión es esencial para predecir la intensidad de la liberación de energía explosiva. La reconexión es un proceso de liberación de energía importante en todo el universo y se cree que es responsable de algunas ondas de choque y rayos cósmicos. Llamaradas solares en el sol, que puede desencadenar el clima espacial, también son causadas por reconexión magnética.
Con dos años en su haber, MMS ha estado revelando nuevos y sorprendentes fenómenos cerca de la Tierra. Estos descubrimientos nos permiten comprender mejor el entorno espacial dinámico de la Tierra y cómo afecta a nuestros satélites y tecnología.
MMS ahora se dirige a una nueva órbita que lo llevará a través de áreas de reconexión magnética en el lado de la Tierra más alejado del sol. En esta región, el campo guía suele ser más débil, por lo que MMS puede ver más de estos tipos de dinámica de electrones.
