Como en la tierra así que en el espacio. Una misión de cuatro satélites que estudia la reconexión magnética (la ruptura y la reconexión explosiva de las líneas del campo magnético en el plasma que se produce en todo el universo) ha descubierto que aspectos clave del proceso en el espacio son sorprendentemente similares a los encontrados en experimentos en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE). Las similitudes muestran cómo los estudios se complementan entre sí:el laboratorio captura importantes características globales de la reconexión y la nave espacial documenta las propiedades clave locales a medida que ocurren.

Las observaciones realizadas por la misión Magnetospheric Multiscale Satellite (MMS), que la NASA lanzó en 2015 para estudiar la reconexión en el campo magnético que rodea la Tierra, corresponden bastante bien con los hallazgos de laboratorio pasados ​​y presentes del Experimento de Reconexión Magnética (MRX) en PPPL. La investigación anterior de MRX descubrió el proceso mediante el cual se produce una reconexión rápida e identificó la cantidad de energía magnética que se convierte en energía de partículas durante el proceso. que da lugar a las auroras boreales, erupciones solares y tormentas geomagnéticas que pueden interrumpir el servicio de telefonía celular, apague las redes eléctricas y dañe los satélites en órbita.

Directrices para las mediciones de MMS

Los hallazgos anteriores de MRX sirvieron como pautas para las mediciones tomadas por la misión MMS, que busca comprender la región en la que la reconexión de las líneas de campo en el plasma, el estado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, o iones — tiene lugar. Los últimos experimentos de PPPL extienden los hallazgos a nuevas áreas de acuerdo. "A pesar de las enormes diferencias en el tamaño de las capas de reconexión en el MRX y en el espacio, se observan características notablemente similares en ambos, "dijo Masaaki Yamada, investigador principal del MRX, y autor principal del artículo reciente que informa los resultados en la edición del 6 de diciembre de Comunicaciones de la naturaleza .

La investigación de laboratorio pasada examinó la reconexión "simétrica", en el que la densidad de los plasmas en cada lado de las regiones de reconexión es aproximadamente la misma. El nuevo artículo analiza la reconexión en la magnetopausa, la región exterior de la magnetosfera, y en el MRX que es "asimétrico, "lo que significa que el plasma en un lado de la región es al menos 10 veces más denso que en el otro. La misión MMS ha centrado su investigación inicial en el aspecto asimétrico de la reconexión, ya que el plasma del viento solar, las partículas cargadas que fluyen del sol, es mucho más denso que el plasma de la magnetosfera.

En el nuevo periódico, Los investigadores examinan lo que se llama la física de reconexión de "dos fluidos" que describe cada comportamiento de iones y electrones de manera diferente durante el proceso. Tal física domina la reconexión magnética tanto en MRX como en sistemas de plasma magnetosférico, permitiendo un nivel sin precedentes de contrainterrogatorio entre las mediciones de laboratorio y las observaciones espaciales.

Resultados clave

A continuación se presentan los hallazgos clave de los dos fluidos, investigación asimétrica sobre MRX que ha demostrado estar de acuerdo con las mediciones del comportamiento de electrones e iones de los satélites espaciales y la conversión de energía magnética en energía de partículas. Las simulaciones por computadora ayudaron a estos hallazgos:

• Electrones. Los experimentos demostraron que la corriente de electrones fluye perpendicularmente, y no paralelo como se pensó una vez, al campo magnético. Este flujo es clave para la conversión de energía magnética en electrones que se produce en una capa límite estrecha llamada "región de difusión de electrones", donde tiene lugar una reconexión rápida. El hallazgo es consistente con las recientes mediciones espaciales de MMS y es nuevo en el laboratorio para la reconexión asimétrica.
• Iones. La corriente de iones también fluye perpendicular al campo magnético como en el caso de los electrones, y también es clave para la conversión de energía magnética de iones en energía de partículas. Para iones, esta conversión se produce en la "región de difusión de iones" más amplia entre los plasmas convergentes y es un hallazgo igualmente reciente sobre la reconexión asimétrica en plasmas de laboratorio.

Los experimentos de MRX estudiaron más a fondo diferentes aspectos de la conversión en los casos simétrico y asimétrico. En reconexión simétrica, Anteriormente se descubrió que el 50 por ciento de la energía magnética se convertía en iones y electrones, con un tercio de la conversión afectando a los electrones y dos tercios acelerando los iones. La tasa de conversión total sigue siendo aproximadamente la misma en el caso asimétrico, al igual que la relación de conversión de energía para iones y electrones.