Científicos de la UCLA han descubierto una nueva fuente de electrones súper rápidos y de alta energía que llueven sobre la Tierra, un fenómeno que contribuye a la colorida aurora boreal pero que también representa un peligro para los satélites, las naves espaciales y los astronautas.

Los investigadores observaron «caídas de electrones» inesperadas y rápidas desde la órbita terrestre baja con la misión ELFIN, un par de pequeños satélites construidos y operados en el campus de UCLA por estudiantes de pregrado y posgrado dirigidos por un pequeño equipo de mentores.

Al combinar los datos de ELFIN con observaciones más distantes de la nave espacial THEMIS de la NASA, los científicos determinaron que el aguacero repentino fue causado por ondas aullantes, un tipo de onda electromagnética que se propaga a través del plasma en el espacio y afecta a los electrones en la magnetosfera de la Tierra, causando que se «desborden». en la atmósfera.

Sus hallazgos, publicados el 25 de marzo en la revista comunicación de la naturalezamuestran que las ondas aullantes son responsables de mucha más lluvia de electrones de lo que predicen las teorías actuales y los modelos de clima espacial.

«ELFIN es el primer satélite en medir estos electrones ultrarrápidos», dijo Xiaojia Zhang, autora principal e investigadora del Departamento de Ciencias de la Tierra, Planetarias y Espaciales de la UCLA. «La misión proporciona nuevos conocimientos debido a su perspectiva única sobre la cadena de eventos que la producen».

El centro de esta cadena de eventos es el entorno espacial cercano a la Tierra, que está lleno de partículas cargadas que orbitan el planeta en enormes anillos, conocidos como los cinturones de radiación de Van Allen. Los electrones en estos cinturones viajan en espirales furtivas, literalmente rebotando de un lado a otro entre los polos norte y sur de la Tierra. Bajo ciertas condiciones, se generan ondas aullantes en los cinturones de radiación, que excitan y aceleran los electrones. Esto estira efectivamente la trayectoria de los electrones lo suficiente como para que se salgan de los cinturones y caigan a la atmósfera, creando la lluvia de electrones.

Puede pensar en los cinturones de Van Allen como un gran depósito lleno de agua o, en este caso, de electrones, dijo Vassilis Angelopolous, profesor de física espacial de la UCLA e investigador principal de ELFIN. A medida que el depósito se llena, el agua cae periódicamente en espiral hacia un desagüe de alivio para evitar que la piscina se desborde. Sin embargo, cuando hay grandes olas en el embalse, el agua de la marejada se derrama sobre el borde más rápido y en mayor volumen que el drenaje de alivio. ELFIN, que está aguas abajo de ambas corrientes, puede medir adecuadamente las contribuciones de cada una.

Las mediciones de lluvia de electrones a baja altitud de ELFIN, combinadas con las observaciones de THEMIS de ondas aullantes en el espacio y modelos informáticos sofisticados, permitieron al equipo comprender en detalle el proceso por el cual las ondas inyectan corrientes rápidas de electrones en la atmósfera.

Los resultados son particularmente importantes porque las teorías actuales y los modelos del clima espacial, si bien tienen en cuenta otras fuentes de electrones que ingresan a la atmósfera, no predicen que este flujo adicional de electrones inducido por aullidos que afecta la química atmosférica de la Tierra representa riesgos para las naves espaciales, y solo los pequeños pueden causar daño – órbita de los satélites.

Los investigadores también demostraron que este tipo de pérdida de electrones en el cinturón de radiación a la atmósfera puede aumentar significativamente durante las tormentas geomagnéticas, las perturbaciones del aumento de la actividad solar que pueden afectar el espacio cercano a la Tierra y el entorno magnético de la Tierra.

«Aunque se cree ampliamente que el espacio está separado de nuestra atmósfera superior, los dos están inextricablemente vinculados», dijo Angelopoulos. «Comprender cómo están conectados puede beneficiar a los satélites y astronautas que transitan por la región, que son cada vez más importantes para el comercio, las telecomunicaciones y el turismo espacial».

Desde su creación en 2013, más de 300 estudiantes de UCLA han trabajado en ELFIN (Electron Losses and Fields Investigation), financiado por la NASA y la National Science Foundation. Los dos microsatélites, cada uno del tamaño de una barra de pan y con un peso aproximado de 8 libras, se lanzaron en 2018 y desde entonces han estado monitoreando la actividad de los electrones de alta energía, ayudando a los científicos a comprender mejor los efectos de las tormentas magnéticas en el espacio cercano. Los satélites son operados por el Centro de Operaciones de la Misión de UCLA en el campus.

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