Por primera vez, Los científicos han estimado cuánta energía se transfiere de escalas grandes a pequeñas dentro de la vaina magnética, la región límite entre el viento solar y la burbuja magnética que protege nuestro planeta. Basado en datos recopilados por el Clúster de la ESA y las misiones THEMIS de la NASA durante varios años, el estudio reveló que la turbulencia es la clave, haciendo este proceso cien veces más eficiente que en el viento solar.

Los planetas del Sistema Solar, incluida nuestra Tierra, están bañados por el viento solar, un flujo supersónico de muy enérgico, partículas cargadas liberadas implacablemente por el sol. Nuestro planeta y algunos otros se destacan en esta corriente omnipresente de partículas:estos son los planetas que tienen un campo magnético propio, y por lo tanto representan un obstáculo para el poder arrollador del viento solar.

Es la interacción entre el campo magnético de la Tierra y el viento solar lo que crea la intrincada estructura de la magnetosfera, una burbuja protectora que protege nuestro planeta de la gran mayoría de las partículas del viento solar.

Hasta aquí, Los científicos han logrado una comprensión bastante buena de los procesos físicos que tienen lugar en el plasma del viento solar y en la magnetosfera. Sin embargo, Todavía faltan muchos aspectos importantes sobre la interacción entre estos dos entornos y sobre la región altamente turbulenta que los separa, conocido como magnetosheath, donde se sospecha que ocurre la mayor parte de la acción interesante.

"Para saber cómo se transfiere la energía del viento solar a la magnetosfera, necesitamos entender lo que sucede en la vaina magnética, la 'zona gris' entre ellos, "dice Lina Zafer Hadid, del Instituto Sueco de Física Espacial en Uppsala, Suecia.

Lina es la autora principal de un nuevo estudio que cuantifica, por primera vez, el papel de la turbulencia en la vaina magnética. Los resultados se publican hoy en Cartas de revisión física .

"En el viento solar, sabemos que la turbulencia contribuye a la disipación de energía desde grandes escalas de cientos de miles de kilómetros a escalas más pequeñas de un kilómetro, donde las partículas de plasma se calientan y aceleran a energías más altas, "explica el coautor Fouad Sahraoui del Laboratorio de Física del Plasma en Francia.

"Sospechamos que un mecanismo similar también debe estar en juego en la vaina magnética, pero nunca pudimos probarlo hasta ahora, " él añade.

El plasma de la magnetovaina es más turbulento, alberga en mayor medida las fluctuaciones de densidad y se puede comprimir en un grado mucho mayor que el viento solar. Como tal, es sustancialmente más complejo, y los científicos solo en los últimos años han desarrollado el marco teórico para estudiar los procesos físicos que tienen lugar en dicho entorno.

Lina Fouad y sus colaboradores examinaron un gran volumen de datos recopilados entre 2007 y 2011 por las cuatro naves espaciales del Cluster de la ESA y dos de las cinco naves espaciales de las misiones THEMIS de la NASA. que vuelan en formación a través del entorno magnético de la Tierra.

Cuando aplicaron las herramientas teóricas desarrolladas recientemente a su muestra de datos, les esperaba una gran sorpresa.

"Encontramos que la densidad y las fluctuaciones magnéticas causadas por la turbulencia dentro de la vaina magnética amplifican la velocidad a la que la energía cae en cascada de escalas grandes a pequeñas por lo menos cien veces con respecto a lo que se observa en el viento solar, "explica Lina.

El nuevo estudio indica que se transfieren alrededor de 10-13 J de energía por metro cúbico por segundo en esta región del entorno magnético de la Tierra.

"Esperábamos que la turbulencia compresible tuviera un impacto en la transferencia de energía en el plasma de la magnetovaina, pero no que sea tan significativo, " ella agrega.

Además, los científicos pudieron derivar una correlación empírica que vincula la velocidad a la que se disipa la energía en la vaina magnética con la cuarta potencia de otra cantidad utilizada para estudiar el movimiento de los fluidos, el llamado número de Mach turbulento. Nombrado en honor al físico austriaco Ernst Mach, cuantifica la velocidad de las fluctuaciones en un flujo con respecto a la velocidad del sonido en ese fluido, indicando si un flujo es subsónico o supersónico.

Si bien la tasa de transferencia de energía es difícil de determinar a menos que se utilicen sondas espaciales que toman medidas in situ, como la nave espacial Cluster que toma muestras del plasma alrededor de la Tierra, el número de Mach se puede estimar más fácilmente utilizando observaciones remotas de una variedad de plasma astrofísico más allá del reino de nuestro planeta.

"Si esta relación empírica resulta ser universal, será extremadamente útil explorar el plasma cósmico que no se puede sondear directamente con una nave espacial, como el medio interestelar que impregna nuestra Vía Láctea y otras galaxias, "dice Fouad.

Los científicos esperan comparar sus resultados con las mediciones del plasma que rodea a otros planetas del Sistema Solar con un campo magnético intrínseco. por ejemplo, usando la misión Juno de la NASA, actualmente en Júpiter, y el futuro Explorador de lunas heladas de Júpiter de la ESA, y también la misión conjunta ESA-JAXA BepiColombo a Mercury que está programada para su lanzamiento a finales de este año.

"Es muy emocionante que un estudio basado en varios años de datos de Cluster haya encontrado la clave para abordar una importante, larga pregunta sin resolver en la física del plasma, "dice Philippe Escoubet, Científico de proyectos de clúster en la ESA.