Magnetosfera de la Tierra, pr las sondas Van Allen y THEMIS

La Tierra está rodeado por una burbuja magnética gigante, llamada la magnetosfera. Más de seis años en el espacio, cinco naves de la misión THEMIS han ayudado a trazar este área y mejorar nuestra capacidad de predecir fenómenos meteorológicos de dynamic space – eventos que, en su peor momento, pueden afectar a los satélites en el espacio. Crédito: NASA

 

En la tierra, los científicos pueden observar los patrones del clima, y más importante aún, pueden predecir mediante el uso de decenas de miles de observatorios Meteorológicos repartidos por todo el mundo. En el espacio que rodea la Tierra - un espacio que bulle con su propio clima espacial hecho de partículas cargadas a exceso de velocidad y cambiando constantemente de campos magnéticos que pueden afectar a los satélites – hay sólo un puñado de naves espaciales, que cuidan el ambiente solar y tormentas magnéticas. El número de observatorios ha ido creciendo en los últimos seis años, sin embargo. Hoy estas naves espaciales han comenzado a ofrecer las primeras mediciones multipuntos para comprender mejor fenómenos meteorológicos del espacio que se mueven a través del espacio, algo imposible de rastrear con una sola nave.

 

Ayudando a ese equipo de la nave espacial del ancla es una misión de la NASA llamada THEMIS (tiempo de la historia de eventos e interacciones macroescala durante Substorms). Lanzado el 17 de febrero de 2007, con cinco naves espaciales casi idénticos de THEMIS ubicado dentro de un cohete Delta II. Simplemente orquestar Cómo expulsar a cada uno de los cinco satélites sin desequilibrar el cohete fue un tour de force engineering – pero era sólo el preámbulo. Con el tiempo, cada nave se trasladaron a la formación para volar alrededor de Tierra en una órbita altamente elíptica que tendría que viajar por todas las partes del entorno de clima espacial de la Tierra, una burbuja magnética gigante llamado la magnetosfera. Con cinco diferentes observatorios, los científicos pudieron ver que el clima espacial se desarrollan de una manera como nunca antes posible ni pensada.

 

En su sexto año en el espacio, artículos científicos, utilizando datos THEMIS ayudó a destacar una serie de detalles cruciales sobre qué fenómenos meteorológicos se producen en este complejo sistema espacial.

 

"Los científicos han estado tratando de entender lo que impulsa cambios en la magnetosfera desde el descubrimiento de 1958 por James Van Allen, que la Tierra estaba rodeada por anillos de radiación," dice David Sibeck, del proyecto "en los últimos seis años, en conjunción con otras misiones claves tales como Cluster y el recientemente lanzado Van Allen sondas para estudiar los cinturones de radiación de científico para THEMIS de la NASA Goddard Space Flight Center en Greenbelt, Maryland.THEMIS ha mejorado radicalmente nuestra comprensión de la magnetosfera. "

 

Desde ese descubrimiento de 1958, las observaciones de los cinturones de radiación y cerca de la Tierra el espacio ha demostrado que en respuesta a diferentes tipos de actividad en el Sol, partículas energéticas pueden aparecer casi instantáneamente alrededor de la Tierra, mientras que en otros casos pueden limpiarse hacia fuera completamente. Las ondas electromagnéticas siguen su curso a través de la zona, pateando las partículas a lo largo, empujándolos siempre más rápido, o arrojar a la atmósfera de la Tierra. Los huesos pelados de cómo interactúan las partículas y las ondas se han descrito, pero con sólo una nave viajando a través de un área determinada en un momento, es imposible discernir lo que provoca los cambios observados durante cualquier evento determinado.

 

"Tratando de entender este sistema muy complejo en los últimos 40 años ha sido bastante difícil", dice Vassilis Angelopoulos, investigador principal de THEMIS en la Universidad de California en Los Angeles (UCLA). "Pero muy recientemente hemos aprendido cómo incluso pequeñas variaciones en el viento solar – que buffets entorno de espacio de la Tierra en 1 millón de millas por hora - pueden a veces causa respuestas extremas, causando más partículas para llegar o se que pierda."

 

 Cerca de la tierra, THEMIS ha viajado a través de las tormentas solares más de 50 veces para averiguar que causó que las partículas en los cinturones de radiación externa puedan aumentar o disminuir en número. Históricamente, ha sido difícil para los científicos a encontrar similitudes entre tales ocurrencias y descubrir lo que, si algo constantemente causó una mejora o un agotamiento. Con tantos eventos para estudiar, sin embargo una visión más global del sistema de nave espacial varios trabajando juntos – incluyendo, en este caso, las observaciones basadas en la Tierra y de NOAA va (satélites geoestacionarios de ambiente operacional) y datos de POES (satélites ambientales operacionales polares) además de los datos THEMIS – un equipo de científicos liderados por Drew Turner en UCLA mejor podían caracterizar qué causadas que resulta del procesos.

Arriba derecha:

Concepto de artista de la nave espacial THEMIS orbitando alrededor de Tierra. Crédito: NASA

 

El Grupo de Turner recientemente presentó pruebas que vinculan a clases específicas de las ondas electromagnéticas en el espacio – las ondas que se diferencian basan en cosas tales como sus frecuencias, si interactúan con los iones o electrones, y si se mueven a lo largo o a través de los campos magnéticos de fondo – a diferentes efectos. Olas de coro, llamadas así porque cuando se reproducen a través de un amplificador suenan como un coro de pájaros al cantar, constantemente aceleraran las partículas, provocando un aumento en la densidad de partículas. Por otro lado, dos tipos de ondas conocidos como silbido y ondas Émica (electromagnética Ion ciclotrón) ocurrieron en esas tormentas que demostraron el agotamiento de la partícula. Turner también observó que cuando la actividad entrante del Sol severamente empujó en los límites de la magnetosfera, también, condujo a las partículas abandonos o pérdidas repentinas en todo el sistema. Dicha información es útil para aquellos que tratan de predecir los cambios en los cinturones de radiación, que si se hinchan demasiado pueden abarcar muchos de nuestras naves.

 

Otro grupo tiene un papel en la impresión en 2013 basado en datos de 2008 de las cinco naves espaciales THEMIS conjuntamente con tres de NOAA GOES (satélites ambiental operacional geoestacionario) nave espacial y la misión del Cluster de la ESA/NASA. Dirigida por Michael Hartinger en la Universidad de Michigan en Ann Arbor, este grupo comparó las observaciones en el arco de choque donde el viento solar supersónico frena y fluya alrededor de la magnetosfera a lo que ocurre dentro de la magnetosfera. Encontraron que las inestabilidades conducen las perturbaciones en las partículas de viento solar streaming hacia el arco de choque y que estas perturbaciones pueden correlacionarse con otro tipo de onda magnetizada – ondas ULF (ultra baja frecuencia) - dentro de la magnetosfera. Ondas ULF, a su vez, se cree que son importantes para los cambios en los cinturones de radiación.

 

"Lo interesante de este trabajo es que muestra cómo la magnetosfera en realidad pone un poco de energía del viento solar, incluso por las rotaciones aparentemente inocuas en el campo magnético,", dice Angelopoulos. "La gente no sabía que usted podría conseguir ondas de estos tipos de eventos, pero hubo una correspondencia uno a uno.  La Nave espacial uno THEMIS vio una inestabilidad en el arco de choque y otra nave espacial THEMIS entonces vi las olas más cercanas a la Tierra".

 

Puesto que todas las diferentes ondas en la magnetosfera son lo que puede impartir energía a las partículas de Tierra, sabiendo que sólo lo que provoca cada tipo de onda es otra parte importante del tiempo espacio puzzle.

 

Un tercer interesante trabajo de Ciencias de sexto año de THEMIS centrado en características originarias aún más arriba en el viento solar. Dirigido por Galina Korotova en IZMIRAN en Troitsk, Rusia, esta obra hizo uso de datos THEMIS y va a observar el límite de la magnetosfera, la Magnetopausa. Los investigadores abordó cómo aparentemente pequeñas perturbaciones en el viento solar pueden tener grandes efectos cerca de la Tierra. Las interacciones de partículas en el viento solar en la región turbulenta aguas arriba desde el arco de choque actúan como una válvula de compuerta, cambiando dramáticamente el arco de choque de su orientación y fuerza directamente delante de la Tierra, una zona que depende críticamente de la orientación del campo magnético. Las variaciones de choque de extrema arco causan ondulaciones a lo largo de la Magnetopausa, que, las perturbaciones de la presión de lanzamiento que pueden a su vez energizan las partículas en los cinturones de radiación Van Allen.

 

Todo este trabajo reciente ayuda a iluminar los nitty gritty detalles de cómo aparentemente pequeños cambios en un sistema puede llevar a grandes variaciones en el entorno del espacio cercano a la Tierra donde residen muchas importantes tecnologías – incluyendo ciencia, clima, GPS y satélites de comunicaciones.

Mucho de este trabajo se basó en datos de cuando todas las cinco naves espaciales estaban orbitando la Tierra. Comenzando en el otoño de 2010, sin embargo, dos de la nave espacial THEMIS fueron trasladados en el transcurso de nueve meses para observar el ambiente alrededor de la Luna. Estos dos satélites fueron retitulados ARTEMIS (aceleración, reconexión, turbulencia y Electrodinámica de la interacción de la Luna con el Sol). En su nueva posición, las dos naves espaciales ARTEMIS pasan el 80% de su tiempo a observar directamente el viento solar, ofreciendo un punto de observación en esta zona fuera de nuestra magnetosfera que está muy cerca de casa.

La nave espacial THEMIS continúa trabajando en sus niveles originales de operación y toda la función de instrumentos altamente eficaz. Con su posición actual y la capacidad de trabajar en conjunto con otras naves cercanas, los científicos deseando el stream de datos aún por llegar.

"Lo que tenemos con THEMIS y ARTEMIS y las sondas de Van Allen, es una constelación entera en el espacio cerca de la Tierra, estamos desarrollando", dice Turner. "Es crucial para el desarrollo de nuestra capacidad de predicción y consiguiendo un mejor sentido del sistema como un todo".

THEMIS es la quinta misión de clase media bajo el programa de explorador de la NASA, que fue concebido para proporcionar oportunidades de vuelo frecuentes para las investigaciones científicas de clase mundial de espacio dentro de las áreas de ciencia heliofísica y Astrofísica. La oficina del programa de exploradores en Goddard gestiona a esta misión financiado por la NASA. La Universidad de California, de Berkeley laboratorio de ciencias espaciales y Swales Aerospace en Beltsville, Maryland, construyen las sondas THEMIS.

 

Traducción: El Quelonio Volador