Mercurio, el planeta más cercano al sol, comparte con la Tierra la distinción de ser uno de los dos planetas montañosos del sistema solar con un campo magnético global que lo protege de los rayos cósmicos y el viento solar. Ahora investigadores, dirigido por el físico Chuanfei Dong del Centro de Heliofísica de la Universidad de Princeton y el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), han desarrollado el primer modelo detallado de la interacción entre el viento magnetizado y el campo magnético, o magnetosfera, que rodea el planeta, hallazgos que podrían conducir a una mejor comprensión del campo más fuerte alrededor de la Tierra.

Herramienta básica

Dong utilizó un nuevo código de simulación tridimensional llamado "Gkeyll" que incorpora la física del comportamiento a microescala en un sofisticado modelo a macroescala. La simulación entregará una herramienta básica para la misión BepiColombo de dos satélites en ruta a Mercurio. para lo cual Dong es co-investigador de un conjunto de cuatro instrumentos a bordo de la nave espacial. La misión internacional, llamado así por el difunto matemático Giuseppe (Bepi) Colombo de la Universidad de Padua y lanzado por agencias espaciales europeas y japonesas en 2018, está programado para llegar a Mercurio y comenzar a orbitar en 2025. "Proporcionaremos información numérica basada en el modelo que ayudará a la misión a comprender sus hallazgos, "dijo Dong, autor principal de un artículo que describe el modelo en Cartas de investigación geofísica .

Plasma, el estado de la materia que consiste en núcleos atómicos cargados positivamente y electrones cargados negativamente, constituye el 99 por ciento del universo visible. Reconexión magnética, la fusión y separación violenta de las líneas del campo magnético en plasma, regula la magnetosfera de Mercurio, que es mucho más pequeño pero mucho más dinámico que el de la Tierra. La reconexión ocurre cuando el viento solar golpea la magnetosfera de Mercurio, provocando que su campo magnético circule desde el frente, o en el lado diurno, de la magnetosfera en la parte trasera, o de noche, donde la reconexión vuelve a ocurrir y el campo vuelve al lado del día.

El equipo de investigación capturó la física de este proceso mediante la simulación de 10 variables distintas sin precedentes con Gkeyll. El modelo captura aspectos importantes del movimiento de los electrones cerca del sitio de reconexión, un aspecto importante pero poco entendido del proceso, y concuerda bien con las observaciones de la superficie de mercurio de la NASA, Ambiente espacial, Satélite de geoquímica y determinación de distancia (MESSENGER) que orbitó Mercurio de 2011 a 2015.

Ahora ambos lados

Si bien el MESSENGER de un solo satélite no pudo recopilar datos de los campos diurno y nocturno de Mercurio simultáneamente, La misión BepiColombo de satélites gemelos explorará ambos lados de la magnetosfera. Además, desde la periapsis de MESSENGER, o camino más cercano a Mercurio, estaba en el hemisferio norte, el hemisferio sur y su campo magnético aún no se han investigado completamente. La misión BepiColombo cubrirá ambos hemisferios.

Una peculiaridad de Mercurio es que su campo magnético es unas tres veces más fuerte en el hemisferio norte que en el sur, contrariamente a la de la Tierra, donde los campos son básicamente los mismos. La generación de los campos en ambos planetas es el hierro líquido en movimiento en sus núcleos fundidos conductores de electricidad. En Mercurio, el núcleo inusualmente grande se extiende sobre el 80 por ciento del radio del interior, acoplando estrechamente el campo al núcleo que lo crea.

El nuevo modelo permitió a Dong y su equipo explorar muchas características clave de la magnetosfera de Mercurio, como la reconexión en el límite entre el viento solar y el campo magnético y el ciclo de ida y vuelta del campo. El modelo descubrió el papel esencial de la física electrónica en el proceso de reconexión, que es "sin colisiones" porque las partículas de plasma ampliamente separadas en el espacio no suelen colisionar. El modelo reveló además que el estrecho acoplamiento entre la magnetosfera y el gran núcleo de hierro ayuda a proteger a Mercurio de la erosión provocada por el viento solar.

Paso crucial

Estos hallazgos, dijo Dong, "representan un paso crucial hacia el establecimiento de un enfoque revolucionario innovador" para mejorar la comprensión de la física detrás del contacto del viento solar con la magnetosfera desequilibrada del planeta más cercano al sol. "El trabajo de Chuanfei es un hito valioso en la validación de nuestro esfuerzo por modelar el clima espacial en los planetas, y se configura para hacer predicciones sobre eventos climáticos espaciales extremos y de baja intensidad en la Tierra, "dijo Amitava Bhattacharjee, director del Centro de Heliofísica de Princeton y coautor del artículo.