La magnetosfera de la Tierra contiene plasma, un gas ionizado compuesto de iones positivos y electrones negativos. El movimiento de estas partículas de plasma cargadas está controlado por campos electromagnéticos. Se cree que los procesos de transferencia de energía que ocurren en este plasma espacial sin colisiones se basan en interacciones onda-partícula, como la aceleración de partículas por ondas de plasma y la generación espontánea de ondas. que permiten la transferencia de energía e impulso.

Sin embargo, mientras que la coexistencia de ondas con partículas aceleradas en la magnetosfera se ha estudiado durante muchos años, la naturaleza gradual de las interacciones entre ellos ha dificultado la observación de estos procesos. Por lo tanto, se requiere la detección de la transferencia de energía local entre las partículas y los campos para permitir la evaluación cuantitativa de sus interacciones.

Investigadores del Instituto de Investigación Ambiental Espacio-Tierra (ISEE) de la Universidad de Nagoya son parte de un equipo de investigación que ha realizado mediciones ultrarrápidas utilizando cuatro naves espaciales Magnetosféricas Multiescala (MMS) para evaluar la transferencia de energía que se produjo durante las interacciones asociadas con ondas ciclotrónicas de iones electromagnéticos. "Observamos que las distribuciones de iones no eran simétricas alrededor de la dirección del campo magnético, sino que de hecho estaban en fase con los campos de ondas de plasma, "afirma Masafumi Shoji de la Universidad de Nagoya.

Las mediciones de alta resolución en el tiempo proporcionadas por la nave espacial MMS se combinaron con mediciones de iones de composición resuelta para demostrar la ocurrencia simultánea de dos transferencias de energía. La primera transferencia de energía fue de iones de hidrógeno anisotrópicos calientes a una onda de ciclotrón de iones a través de un proceso de resonancia de ciclotrón, mientras que la segunda transferencia fue de la onda del ciclotrón a los iones de helio, que tuvo lugar a través de una interacción no resonante y vio el frío que Él ⁺ los iones se aceleran a energías de hasta 2 keV.

"Esto representa evidencia cuantitativa directa de la ocurrencia de transferencia de energía sin colisión entre dos poblaciones de partículas distintas a través de interacciones onda-partícula, ", dice Yoshizumi Miyoshi del ISEE de la Universidad de Nagoya." Las mediciones de este tipo incluso proporcionarán la capacidad de identificar los tipos de interacciones onda-partícula que están ocurriendo ". Los hallazgos del equipo se publicaron recientemente en Ciencias .

Se espera que esta investigación represente un paso importante hacia una comprensión cuantitativa de las interacciones onda-partícula y la transferencia de energía entre poblaciones de partículas en el plasma espacial. Esto tendría implicaciones para nuestra comprensión de una amplia variedad de fenómenos del plasma espacial, incluido el cinturón de radiación de Van Allen, tormentas geomagnéticas, precipitación de partículas aurorales, y la pérdida atmosférica de los planetas, como la pérdida de iones de oxígeno de la atmósfera terrestre.