Mientras la Tierra orbita alrededor del sol, se abre paso a través de una corriente de partículas en rápido movimiento que pueden interferir con los satélites y los sistemas de posicionamiento global. Ahora, Un equipo de científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y de la Universidad de Princeton ha reproducido un proceso que ocurre en el espacio para profundizar la comprensión de lo que sucede cuando la Tierra se encuentra con este viento solar.

El equipo utilizó simulaciones por computadora para modelar el movimiento de un chorro de plasma, el estado cargado de la materia compuesta de electrones y núcleos atómicos que forman todas las estrellas en el cielo, incluido nuestro sol. Muchos eventos cósmicos pueden producir chorros de plasma, desde eructos de estrellas relativamente pequeñas hasta gigantescas explosiones estelares conocidas como supernovas. Cuando los chorros de plasma de movimiento rápido atraviesan el plasma más lento que existe en el vacío del espacio, crea lo que se conoce como onda de choque sin colisiones.

Estos choques también ocurren cuando la Tierra se mueve a través del viento solar y pueden influir en cómo el viento se arremolina dentro y alrededor de la magnetosfera de la Tierra. el escudo protector magnético que se extiende hacia el espacio. Comprender las ondas de choque de plasma podría ayudar a los científicos a pronosticar el clima espacial que se desarrolla cuando el viento solar se arremolina en la magnetosfera y permitir a los investigadores proteger los satélites que permiten a las personas comunicarse en todo el mundo.

Las simulaciones revelaron varios signos reveladores que indican cuándo se está formando un choque, incluidas las características del choque, las tres etapas de la formación del choque, y fenómenos que podrían confundirse con un shock. "Al poder distinguir un choque de otros fenómenos, los científicos pueden estar seguros de que lo que están viendo en un experimento es lo que quieren estudiar en el espacio, "dijo Derek Schaeffer, investigador asociado en el Departamento de Astrofísica de la Universidad de Princeton que dirigió el equipo de investigación de PPPL. Los hallazgos se informaron en un artículo publicado en Física de Plasmas que siguió a investigaciones anteriores informadas aquí y aquí.

Los choques de plasma que ocurren en el espacio, como los creados por la Tierra viajando contra el viento solar, se asemejan a las ondas de choque creadas en la atmósfera de la Tierra por aviones a reacción supersónicos. En ambos casos, el material que se mueve rápidamente se encuentra con material lento o estacionario y debe cambiar rápidamente su velocidad, creando un área de remolinos y remolinos y turbulencias.

Pero en el espacio las interacciones entre las partículas de plasma rápidas y lentas se producen sin que las partículas se toquen entre sí. "Algo más debe estar impulsando esta formación de choque, como las partículas de plasma que se atraen o repelen eléctricamente entre sí, "Dijo Schaeffer." En cualquier caso, el mecanismo no se comprende completamente ".

Para aumentar su comprensión, Los físicos llevan a cabo experimentos con plasma en laboratorios para controlar de cerca las condiciones y medirlas con precisión. A diferencia de, las mediciones tomadas por naves espaciales no pueden repetirse fácilmente y muestrean solo una pequeña región de plasma. Luego, las simulaciones por computadora ayudan a los físicos a interpretar sus datos de laboratorio.

Hoy dia, la mayoría de los choques de plasma de laboratorio se forman utilizando un mecanismo conocido como pistón de plasma. Para crear el pistón, los científicos apuntan con un láser a un objetivo pequeño. El láser hace que pequeñas cantidades de la superficie del objetivo se calienten, convertirse en un plasma, y moverse hacia afuera a través de un entorno, plasma de movimiento más lento.

Schaeffer y sus colegas produjeron su simulación modelando este proceso. "Piense en una roca en medio de una corriente rápida, ", Dijo Schaeffer." El agua llegará hasta el frente de la roca, pero no lo alcanzo del todo. El área de transición entre el movimiento rápido y el movimiento cero [de pie] es el impacto ".

Los resultados simulados ayudarán a los físicos a distinguir una onda de choque de plasma astrofísica de otras condiciones que surgen en experimentos de laboratorio. "Durante los experimentos con plasma láser, es posible que observe mucho calentamiento y compresión y piense que son signos de un shock, ", Dijo Schaeffer." Pero no sabemos lo suficiente sobre las etapas iniciales de un shock como para saberlo solo a partir de la teoría. Para este tipo de experimentos con láser, tenemos que averiguar cómo diferenciar entre una descarga y solo la expansión del plasma impulsado por láser ".

En el futuro, los investigadores tienen como objetivo hacer que las simulaciones sean más realistas agregando más detalles y haciendo que la densidad y la temperatura del plasma sean menos uniformes. También les gustaría realizar experimentos para determinar si los fenómenos predichos por las simulaciones pueden ocurrir de hecho en un aparato físico. "Nos gustaría poner a prueba las ideas de las que hablamos en el trabajo, "dice Schaeffer.