La atmósfera eléctrica: El Plasma es el próximo objetivo de Ciencia NASA

Dos gigantes anillos de partículas cargadas llamados la envolvente de los cinturones de Van Allen tierra. Crédito: NASA/T. Benesch, Carns J.

 

Nuestra vida cotidiana existe en lo que los físicos llamarían un medio eléctricamente neutro. Pupitres, libros, sillas y cuerpos generalmente no llevan electricidad y no peguan a imanes. Pero la vida en la Tierra es sustancialmente distinta, bueno, casi en todas partes es otra cosa. Más allá de la atmósfera protectora de la Tierra y se extiende completamente a través del espacio interplanetario, partículas electrificadas que dominan la escena. 99% Del universo está hecho de este gas electrificado, conocido como plasma.

 

Dos anillos gigantes de este plasma rodean Tierra, atrapado dentro de una región conocida como los cinturones de radiación Van Allen. Los cinturones están cerca de la tierra, intercalado entre satélites en órbita geoestacionaria arriba y satélites de baja órbita (LEO) son generalmente por debajo de los anillos. Una nueva misión de NASA llamada las sondas de tormenta del cinturón de radiación (RBSP), debido a la puesta en marcha en agosto de 2012, mejorará nuestra comprensión de lo que hace que plasma entre y salga de estos cinturones electrificados envueltos alrededor de nuestro planeta.

 

"Hemos descubierto los cinturones de radiación en observaciones de la primera nave, Explorer 1, en 1958", dice David Sibeck, un científico espacial Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, MD. y el científico de la misión para RBSP. "Caracterizar estos cinturones llenados de partículas peligrosas fue un gran éxito de la temprana edad de espacio, pero esas observaciones llevaron a tantas preguntas como respuestas. Estos son fascinantes preguntas de ciencia, sino también prácticas preguntas, ya que necesitamos proteger a satélites de la radiación en los cinturones".

 

El cinturón de radiación interior permanece en gran medida estable, pero el número de partículas en el exterior  puede hincharse 100 veces o más, abarcando fácilmente una horda de satélites de comunicaciones y los instrumentos de investigación orbitando la Tierra. Averiguar lo que impulsa estos cambios en los cinturones, requiere la comprensión de lo que impulsa el plasma.

 

Esta visualización se basa en los datos de la misión SAMPEX, en la que se observaron partículas en los cinturones de radiación durante una gran tormenta solar en octubre de 2003. La película demuestra claramente hasta qué punto el exterior de los cinturones puede hincharse en condiciones extremas. Crédito: NASA/Goddard Space Flight Center estudio de visualización científica

 

El Plasma se sacude con movimientos complejos. Generalmente fluyen a lo largo de una estructura esquelética hecha de líneas invisibles de campo magnético, mientras simultáneamente creando más campos magnéticos como se va mueviendo. Burlándose de las reglas que rigen un entorno exterior – uno que sólo pueden ser estudiados desde lejos – es el meollo de la comprensión de una gama de eventos que componen el clima espacial, desde gigantes explosiones en el Sol para potencialmente dañinas partículas de alta energía en los alrededores cercanos a la Tierra.

 

Para distinguir entre una multitud de teorías desarrolladas en los años en movimiento del plasma en los alrededores cercanos a la Tierra, los científicos RBSP han diseñado una serie de instrumentos para responder a tres preguntas generales. ¿La energía extra y partículas de dónde viene? ¿Donde desaparecen , y lo que lo envía en su camino? ¿Cómo afectan estos cambios el resto del ambiente magnético de la Tierra, la magnetosfera? Además de su amplia gama de instrumentos, la misión RBSP hará uso de dos naves espaciales en orden al mejor mapa a las dimensiones espaciales completo de un evento concreto y cómo cambia con el tiempo.

 

Los científicos quieren comprender no sólo los orígenes de partículas electrificadas – posiblemente por el viento solar constantemente emitido por el Sol; posiblemente de un área de la atmósfera exterior de la Tierra, la ionosfera – pero también qué mecanismos da las partículas hace a su extrema velocidad y energía.

 

"Conocemos ejemplos donde una tormenta de partículas entrantes del Sol puede causar que los dos cinturones se inchen tanto que se combinan y parecen formar un solo cinturón," dice Shri Kanekal, científico del proyecto del RBSP adjunto en Goddard. "Luego hay otros ejemplos donde una gran tormenta del Sol no afecta en absoluto los cinturones e incluso casos donde se redujeron los cinturones. Dado que los efectos pueden ser tan diferentes, hay un chiste dentro de la comunidad que ' Si has visto una tormenta... Has visto una tormenta.' Tenemos que averiguar qué causa las diferencias."

 

Hay dos teorías generales sobre la forma en que las partículas obtienen energía: desde el transporte radial o in situ. En el transporte radial, las partículas se mueven perpendicular a los campos magnéticos dentro de los cinturones de áreas de baja fuerza magnética lejos de la Tierra y en áreas de alta resistencia magnética más cercana a Tierra. Las leyes de la física dictan que las energías de partículas se correlacionan con la intensidad del campo magnético, aumentando a medida que se mueven hacia la Tierra. La teoría in situ postula que las ondas electromagnéticas sacuden a las partículas--como regularmente pasa al empujar en un columpio--sucesivamente se eleva su velocidad (y energía).

 

En cuanto a cómo las partículas dejan los cinturones, los científicos acordaron nuevamente dos grandes posibilidades: suben las partículas, o van hacia abajo. Tal vez viajan hacia abajo de las líneas de campo magnético hacia la Tierra, fuera de los cinturones en la ionosfera, donde permanece parte de sistema magnético de la Tierra con el potencial para volver a los cinturones en algún momento. O son transportados hacia arriba y afuera, en un viaje de ida a dejar para siempre la magnetosfera y específicamente el espacio interplanetario.

La imagen de la izquierda se agranda si haces click sobre ella.(El Quelonio)

 

Copia de un artista del aspecto de las dos naves espaciales sonda de tormenta de cinturón de radiación en el espacio. Crédito: NASA/Goddard Space Flight Center

 

 

 

En realidad, la respuesta final puede ser una combinación de las posibilidades básicas,", dice Sibeck. "Puede ser y probablemente son, múltiples procesos en múltiples escalas en múltiples ubicaciones. RBSP así será realizar mediciones muy amplias y observar numerosos atributos de ondas y partículas para ver cómo influyen en cada evento.

 

Para distinguir entre la amplia variedad de posibles teorías – y no mencionar las combinaciones de los mismos – los instrumentos sobre RBSP estará equipados para medir un amplio espectro de información. RBSP medirá un sinfín de partículas diferentes, incluyendo hidrógeno, helio y oxígeno, así como medirá los campos magnéticos y campos eléctricos a lo largo de los cinturones, los cuales pueden guiar el movimiento de estas partículas.

 

RBSP medirá también una amplia gama de energías de las partículas más frías en la ionosfera a las partículas más enérgicas y más peligrosas. Información acerca de cómo los cinturones de radiación se hinchan y encogen ayudará a mejorar los modelos de la magnetosfera de la Tierra como un todo.

 

"Las partículas de los cinturones de radiación pueden penetrar en la nave y perturbar su electrónica, cortocircuitos o memoria molesta en equipos, dice Sibeck. "Las partículas también son peligrosas para los astronautas que viajan a través de la región. Necesitamos modelos para ayudar a predecir eventos peligrosos en los cinturones y ahora en lo que estamos no somos muy buenos en eseto. RBSP ayudará a resolver ese problema."

 

Mientras que la necesidad más inmediata de práctica para el estudio de los cinturones de radiación es entender el sistema de clima espacial cerca de la Tierra y para proteger a los seres humanos y precioso electrónica en el espacio de tormentas geomagnéticas, hay otra razón que los científicos están interesados en esta área. Es el lugar más cercano para estudiar el material, el plasma, que impregna todo el universo. Comprender este entorno tan ajeno a el nuestro propio es crucial para entender el make up de cada estrella y galaxias en el espacio ultraterrestre.

 

La Johns Hopkins University Laboratorio de fisica aplicada (APL) ha construido y operará la nave RBSP twin para programa de vivir con una estrella de la NASA, que es administrado por Goddard Space Flight Center de ciencia misión dirección la NASA.

 

Karen C. Fox
NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

Traducción: El Quelonio Volador