Las auroras terrestres se forman cuando partículas cargadas de la magnetosfera golpean moléculas en la atmósfera, energizarlos o incluso ionizarlos. A medida que las moléculas se relajan al estado fundamental, emiten un fotón de luz visible en un color característico. Estas partículas en colisión, principalmente electrones, son aceleradas por campos eléctricos localizados paralelos al campo magnético local que ocurre en una región que abarca varios radios terrestres.

La evidencia de estos campos eléctricos ha sido proporcionada por misiones de cohetes y naves espaciales que se remontan a la década de 1960, sin embargo, no se ha aceptado ningún mecanismo de formación definitivo. Para discriminar adecuadamente entre una serie de hipótesis, los investigadores necesitan una mejor comprensión de la distribución espacial y temporal y la evolución de estos campos. Cuando la misión Cluster de la Agencia Espacial Europea (ESA) redujo su perigeo en 2008, estas observaciones se hicieron posibles.

El cúmulo consta de cuatro naves espaciales idénticas, volando con separaciones que pueden variar desde decenas de kilómetros hasta decenas de miles. Las observaciones simultáneas entre las cuatro naves permiten a los físicos espaciales deducir la estructura tridimensional del campo eléctrico.

Marklund y Lindqvist recopilan y resumen las contribuciones de Cluster a nuestra comprensión de la región de aceleración auroral (AAR), el área del espacio en la que tienen lugar los procesos descritos anteriormente.

Al recolectar una gran cantidad de tránsitos de Cluster a través de esta región, Los físicos han deducido que el AAR generalmente se puede encontrar en algún lugar entre 1 y 4,4 radios terrestres sobre la superficie, con la mayor parte de la aceleración que tiene lugar en el tercio inferior. A pesar de este AAR estadístico relativamente amplio, "la región de aceleración en un momento dado suele ser delgada; en una observación, por ejemplo, el AAR se limitó a un rango de altitud de 0,4 de radio terrestre, mientras que la capa real probablemente era mucho más delgada que eso. Las observaciones no pueden determinar de forma única el grosor de la capa real, que podría ser tan pequeño como del orden de 1 kilómetro, dicen los autores. Se observa que tales estructuras permanecen estables durante minutos cada vez.

Las mediciones de grupos también han arrojado luz sobre la conexión entre la forma observada del potencial de aceleración de electrones y el entorno plasmático subyacente. Los llamados potenciales en forma de S surgen en presencia de transiciones bruscas de densidad de plasma, mientras que los en forma de U están relacionados con límites más difusos. Sin embargo, la naturaleza dinámica del plasma espacial significa que la morfología de un límite puede cambiar en escalas de tiempo de minutos, como lo ejemplifica un estudio de caso.

En suma, Dos décadas de observaciones de cúmulos han mejorado significativamente nuestra comprensión de los procesos, tanto locales como amplios, que dan como resultado las hermosas auroras de nuestro planeta. Con las misiones extendidas hasta 2022, podemos esperar más información en los próximos años.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de Eos, alojado por la American Geophysical Union. Lea la historia original aquí.