Cuando el viento solar, que en realidad es una lluvia torrencial de partículas cargadas del sol, golpea el campo magnético protector de la Tierra, el choque genera turbulencias, campos magnéticos turbulentos que envuelven el planeta y se extienden por cientos de miles de millas.

¿A dónde va toda esa energía turbulenta?

Una de las misiones meteorológicas espaciales de la NASA, llamado Magnetospheric Multiscale o MMS, ha descubierto una forma sorprendente de disipar esta energía turbulenta:la energía magnética se convierte en chorros de electrones de alta velocidad a medida que los campos magnéticos se rompen y se vuelven a conectar.

El descubrimiento ayudará a los científicos a comprender el papel que juega la reconexión magnética en otras partes del espacio. por ejemplo, en calentar la corona solar inexplicablemente caliente —la atmósfera exterior del sol— y acelerar el viento solar supersónico. La próxima misión Parker Solar Probe de la NASA se lanzará directamente hacia el sol este verano para investigar exactamente esos fenómenos. armado con esta nueva comprensión de la reconexión magnética cerca de la Tierra.

Y dado que la reconexión magnética ocurre en todo el universo, lo que los científicos aprenden sobre él en nuestro planeta, que es más fácil de examinar, se puede aplicar a otros procesos más lejanos.

"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. "Este hallazgo ayuda a los científicos a comprender cómo los campos magnéticos turbulentos disipan la energía en todo el cosmos".

Phan es el autor principal de un artículo que describe los hallazgos que se publicarán esta semana en la revista. Naturaleza .

"La turbulencia se produce en todas partes del espacio:en el sol, en el viento solar, medio interestelar, dínamos, discos de acreción alrededor de las estrellas, en chorros de núcleos galácticos activos, choques remanentes de supernova y más, "dijo Michael Shay de la Universidad de Delaware, coautor del artículo.

Los campos magnéticos turbulentos son diferentes

La reconexión magnética estándar se observa en la magnetosfera relativamente plácida de la Tierra, que es como un campo de fuerza magnética que protege al planeta del intenso viento solar. Dentro de esta región, los campos magnéticos ondulantes pueden cruzarse, romper y reconectar; las líneas del campo magnético reunidas se rompen como una goma elástica y arrojan átomos ionizados a gran velocidad por toda la magnetosfera.

Los chorros de iones cuñas de átomos de hidrógeno ionizados acelerando en direcciones opuestas, calientan los gases que rodean la Tierra e impulsan el clima espacial. Algunas de las partículas cargadas se canalizan hacia los polos norte y sur, donde chocan con los átomos de la atmósfera y crean las auroras.

El nuevo proceso tiene lugar más lejos de la superficie de la Tierra, en una zona turbulenta donde el viento solar golpea una onda de choque que rodea la Tierra y se ralentiza drásticamente. El doble del ancho de la Tierra misma, esta zona, la vaina magnética, es muy turbulenta.

"La turbulencia en la vaina magnética contiene mucha energía magnética, ", Dijo Phan." La gente ha estado debatiendo cómo se disipa esta energía, y la reconexión magnética es uno de los procesos posibles ".

Phan y sus colegas utilizaron datos del MMS para demostrar que el nuevo proceso de reconexión magnética de electrones ocurre a menor escala en turbulencias y crea chorros de electrones en lugar de iones. Los electrones se mueven unas 40 veces más rápido que los iones acelerados por la reconexión estándar.

"Ahora tenemos evidencia de que la reconexión disipa la energía turbulenta en la vaina magnética, pero es un nuevo tipo de reconexión, "dijo Shay.

¿Pueden los campos magnéticos ser demasiado turbulentos para reconectarse?

La reconexión magnética se ha observado innumerables veces en la magnetosfera pero siempre en condiciones de calma. El nuevo evento ocurrió en la magnetosfera justo fuera del límite exterior de la magnetosfera. Previamente, los científicos no sabían si la reconexión podría ocurrir allí, porque el plasma es muy caótico en esa región, Dijo Phan.

MMS descubrió que sí, pero a escalas mucho más pequeñas de lo que las naves espaciales anteriores podían sondear y la teoría predeciría. Debido a que solo involucra electrones, permaneció oculto a los científicos que buscaban la firma reveladora de la reconexión magnética estándar:chorros de iones.

"Creemos que esto se debe a que los electrones son rápidos y ligeros y pueden participar fácilmente, pero los protones lentos y pesados ​​no pueden, "dijo Jonathan Eastwood, profesor del Imperial College de Londres y coautor del artículo. "En general, este resultado abre nuevas áreas de investigación sobre la reconexión turbulenta ".

MMS consiste en cuatro naves espaciales idénticas que vuelan en una formación piramidal o tetraédrica para estudiar la reconexión magnética alrededor de la Tierra en tres dimensiones. Debido a que las naves espaciales vuelan increíblemente juntas, a una separación promedio de solo cuatro millas y media, pueden observar fenómenos que nadie ha visto antes. Es más, Los instrumentos de MMS están diseñados para capturar datos a velocidades 100 veces más rápidas que las misiones anteriores.

Aunque los instrumentos a bordo de MMS son increíblemente rápidos, todavía son demasiado lentos para capturar la reconexión turbulenta en acción, lo que requiere observar capas estrechas de partículas que se mueven rápidamente lanzadas por las líneas de campo que retroceden. En comparación con la reconexión estándar, en el que amplios chorros de iones salen del 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 de Plasma Rápido, para crear una técnica que les permitiera leer entre líneas y recopilar puntos de datos adicionales para resolver los chorros.

"El evento clave del papel ocurre en 45 milisegundos. Este sería un punto de datos con los datos regulares, "dijo Amy Rager, estudiante de posgrado en la Universidad Católica de América en Washington, CORRIENTE CONTINUA., quien trabajó en el Goddard Space Flight Center de la NASA para desarrollar la técnica. "Pero, en cambio, podemos obtener de seis a siete puntos de datos en esa región con este método, permitiéndonos entender lo que está sucediendo ".

Con el nuevo método, los científicos de MMS tienen la esperanza de poder analizar los conjuntos de datos existentes para encontrar más de estos eventos, y potencialmente otros descubrimientos inesperados también.