Mayo 18, 2017: La misión de la NASA Descubre la danza de electrones en el espacio

No puedes verlos, pero los enjambres de electrones están zumbando a través del entorno magnético — la magnetosfera — alrededor de la Tierra. Los electrones dan vueltas en espiral y bucean alrededor del planeta en un complejo baile dictado por los campos magnéticos y eléctricos. Cuando penetran en el magnetosfera lo suficientemente cerca de la Tierra, los electrones de alta energía pueden dañar los satélites en órbita y desencadenar auroras. Los científicos con la magnetosfera multiescala de la NASA, o MMS, misión estudian la dinámica de los electrones para entender mejor su comportamiento. Un nuevo estudio, publicado en el diario de la investigación geofísica reveló un nuevo tipo bizarro de movimiento exhibido por estos electrones.

Los electrones en un campo magnético fuerte exhiben generalmente un comportamiento simple: lo hacen girando en espirales apretados a lo largo del campo magnético. En una región de campo más débil, donde la dirección del campo magnético se revierte, los electrones van al estilo libre — rebotando y moviendo hacia adelante y hacia atrás en un tipo de movimiento llamado Speiser Motion. Los nuevos resultados de MMS muestran por primera vez lo que sucede en un campo de fuerza intermedio. Entonces estos electrones bailan un híbrido, movimiento que serpentea-en espiral y que salta alrededor antes de ser expulsado de la región. Este movimiento quita algo de la energía del campo y desempeña un papel dominante en la reconexión magnética, un proceso dinámico, que puede lanzar explosivamente grandes cantidades de energía magnética almacenada.

Sin el campo de guía para confinarlos, los electrones (amarillos) se mueven hacia atrás en adelante. La velocidad creciente del electrón se demuestra por pistas más calientes del color. Créditos: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA/Tom Bridgman

"MMS nos está mostrando la fascinante realidad de la reconexión magnética sucediendo por ahí", dijo Li-Jen Chen, autor principal del estudio y científico MMS en el Centro Goddard de vuelo espacial de la NASA en Greenbelt, Maryland.

Mientras que el MMS voló alrededor de la Tierra, pasó a través de un área de un campo magnético de la fuerza moderada donde las corrientes eléctricas funcionan en la misma dirección que el campo magnético. Tales áreas se conocen como campos de guía intermedios. Mientras que dentro de la región, los instrumentos registraron una interacción curiosa de electrones con la hoja actual, la capa delgada a través de la cual la corriente viaja. A medida que las partículas entrantes se encontraron con la región, empezaron a girar en espirales a lo largo del campo guía, como lo hacen en un campo magnético fuerte, pero en espirales más grandes. Las observaciones del MMS también vieron las firmas de las partículas que ganaban energía del campo eléctrico. En poco tiempo, las partículas aceleradas escaparon de la hoja actual, formando jets de alta velocidad. En el proceso, quitaron algo de la energía del campo, causando que se debilite gradualmente.

En un campo de guía magnético de fuerza intermedia, los electrones en espiral a lo largo del campo, ganando energía hasta que se expulsan de la capa de reconexión. Créditos: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA/Tom Bridgman

El ambiente del campo magnético donde los movimientos de los electrones fueron observados fue creado únicamente por la reconexión magnética, que causó la hoja actual que se confina firmemente por los campos magnéticos amontonados. Los nuevos resultados ayudan a los científicos a comprender mejor el papel de los electrones en la reconexión y cómo los campos magnéticos pierden energía.

MMS mide los campos eléctricos y magnéticos que vuela a través de, y cuenta electrones y iones para medir sus energías y direcciones de movimiento. Con cuatro naves espaciales volando en un compacto, la formación de la pirámide, MMS es capaz de ver los campos y las partículas en tres dimensiones y mirar a pequeña escala de la dinámica de partículas, de una manera nunca antes alcanzado.

"la resolución de tiempo de MMS es 100 veces más rápido que las misiones anteriores", dijo Tom Moore, científico del proyecto Senior para MMS en el Centro Goddard de vuelo espacial de la NASA. "eso significa que finalmente podemos ver lo que está pasando en capas tan estrechas y será capaz de predecir mejor cómo se produce la reconexión rápida en varias circunstancias."

Entender la velocidad de la reconexión es esencial para predecir la intensidad de la liberación de energía explosiva. La reconexión es un importante proceso de liberación de energía a través del universo y se cree que es responsable de algunas ondas de choque y rayos cósmicos. Las llamaradas solares en el Sol, que pueden accionar el tiempo del espacio, también son causadas por la reconexión magnética.

Con dos años bajo su cinturón, MMS ha estado revelando fenómenos nuevos y sorprendentes cerca de la Tierra. Estos descubrimientos nos permiten comprender mejor el entorno espacial dinámico de la Tierra y cómo afecta a nuestros satélites y tecnología.

MMS se dirige ahora a una nueva órbita que lo llevará a través de las áreas de reconexión magnética en el lado de la Tierra más lejos del Sol. En esta región, el campo guía es típicamente más débil, por lo que los MMS pueden ver más de estos tipos de dinámica de electrones.

By Mara Johnson-Groh
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
Media contact: Lina Tran, NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

Last Updated: May 18, 2017

Editor: Rob Garner

Traducción: El Quelonio Volador