La reconexión magnética tiene relación entre las erupciones solares y las auroras

A poco menos de cuatro meses después de la fase científica de la misión MMS de la NASA, se entregan los primeros resultados de un proceso llamado reconexión magnética, una especie de explosión magnética que está relacionada con mucho sobre la meteorología espacial, desde las luces del norte a las erupciones solares.

El conjunto sin precedentes de medidas de investigación ofrecidas por la MMS abrirá nuestra comprensión del entorno del espacio circundante a la Tierra, lo que nos permite entender mejor lo que impulsa a los eventos de reconexión magnética. Estas explosiones magnéticas gigantes pueden enviar partículas a toda velocidad a cerca de la velocidad de la luz y crear oscilaciones en los campos magnéticos de la Tierra, afectando a la tecnología en el espacio e interferir con las comunicaciones de radio. Científicos del Instituto de Investigación del Suroeste, de la Universidad de Colorado Boulder y el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, presentaron un panorama general de la ciencia ofrecida por la MMS y los primeros resultados el pasado 17 de diciembre de 2015.

Planeado por más de 10 años, la misión MMS comenzó con el lanzamiento de cuatro naves espaciales idénticas en un solo cohete en marzo de 2015. Nueve meses más tarde, la nave espacial está volando a través de las fronteras del sistema magnético de la Tierra, la magnetosfera. Su órbita inicial está tomando a través de las fronteras del lado luminoso de la magnetosfera – conocida como la magnetopausa – donde el viento solar y otros eventos solares producen la reconexión magnética. Con el tiempo, su órbita en forma de bucle, terminará de llevar a los cuatro satélites a los más lejanos confines de la magnetosfera en el lado nocturno, donde se cree que la reconexión magnética es impulsada por la acumulación de energía almacenada.

«Hemos grabado más de 2.000 cruces de la magnetopausa desde el inicio de nuestra fase de la ciencia», dijo Jim Burch, investigador principal de la misión MMS en el Instituto de Investigación del Suroeste en San Antonio, Texas. «En ese momento, hemos volado a través de cientos de eventos prometedores.»

Una de las características clave de las sondas de la MMS es su capacidad de escalado. La órbita de las cuatro naves espaciales en una formación de cuatro lados, en forma de pirámide llamada como un tetraedro, permite acumular vistas tridimensionales de las regiones y los eventos que vuelan a través de esta zona. Debido a que las cuatro naves espaciales están controladas de forma independiente, la escala de su formación – y la de sus observaciones – se puede ampliar o reducir en un factor de diez.

Aunque muchas personas piensan en el espacio como un vacío completamente vacío, en realidad está lleno de partículas cargadas eléctricamente y campos eléctricos y magnéticos, que forman un estado de la materia llamado plasma. En toda esta energía magnética y eléctrica, significa que la reconexión magnética juega un papel muy importante en la configuración del entorno donde existe dicho plasma – ya sea en el sol, en el espacio interplanetario, o en los límites del sistema magnético de la Tierra.

«Podemos ver los efectos de la reconexión en el sol en forma de eyecciones de masa coronal y las fulguraciones solares», dijo Michael Hesse, co-investigador de la teoría y modelador en la misión MMS en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. «Pero con MMS, estamos finalmente capaces de observar el proceso de reconexión magnética directamente.»

La reconexión magnética es un proceso en el que los campos magnéticos se reconfiguran de repente, liberando enormes cantidades de energía. Cuando las líneas del campo magnético estallan y se unen de nuevo en nuevas formaciones, parte de la energía que se almacena en el campo magnético se convierte en energía en forma de calor y energía cinética.

«La reconexión es un proceso de liberación de energía fundamental», dijo Hesse. «Afecta tanto a la temperatura como a la velocidad de las partículas en el plasma”.

Katherine Goodrich, una estudiante graduada en la Universidad de Colorado en Boulder, está trabajando con las mediciones de un conjunto de seis instrumentos para caracterizar el comportamiento de los campos eléctricos y magnéticos en los sitios donde se produce la reconexión magnética. Este conjunto de instrumentos, contiene seis sensores que trabajan juntos para formar una imagen tridimensional de los campos eléctricos y magnéticos cerca de la nave espacial. Esta suite tiene una precisión muy alta, en parte debido a las largas antenas de cada sensor.

«Las largas antenas nos permiten medir los campos con contaminación mínima de la electrónica a bordo de la nave espacial», dijo Goodrich.

Utilizando observaciones de estos instrumentos, Goodrich está buscando una de las grandes incógnitas de la reconexión magnética, llamado como campos eléctricos paralelos.

«Lo que estamos buscando es una alineación de los campos eléctricos y magnéticos», dijo Goodrich. «Esta condición es imposible con una comprensión simplificada de plasma, pero la reconexión magnética es todo menos sencillo.»

En la vista simple del plasma – conocidos como plasma ideal – las partículas cargadas que hacen girar a lo largo de líneas de campo magnético llevan suficiente corriente para producir instantáneamente un cortocircuito en cualquier campo eléctrico paralelo al campo magnético. Pero en realidad, el plasma no siempre se comporta tan simplemente, por lo que los científicos deben considerar una versión más detallada y compleja de la física para entender cómo y por qué la reconexión puede ocurrir.

«Estos eventos tendrían que combinar la disipación de energía, aceleración de partículas, y los cambios repentinos en la topología magnética», dijo Goodrich. «La reconexión magnética encaja a la perfección entonces.»

Goodrich presentó observaciones de la MMS que mostraban cómo los instrumentos de abordo pueden detectar ejemplos de campos eléctricos paralelos en escalas de tiempo a medio segundo. Estas observaciones muestran que la MMS está volando directamente a través de las áreas de interés que nos ayudarán a obtener una mejor caracterización del ambiente espacial alrededor de la Tierra.

Ian Cohen, un becario postdoctoral en la Universidad de Johns Hopkins en el Laboratorio de Física Aplicada, o APL, utiliza un conjunto de instrumentos diferentes para identificar y estudiar los comportamientos de partículas delatoras que vienen con la reconexión magnética. Cohen trabaja con dos detectores de partículas a bordo de MMS. Las mediciones están proporcionando evidencia de un mecanismo por el cual las partículas pueden escapar del sistema de la Tierra y unirse al medio interplanetario.

Cuando la reconexión magnética ocurre en el lado del día, las líneas del campo magnético del sol se conectan directamente con el campo magnético de la Tierra.

«La vinculación de estos campos magnéticos significa que las partículas pueden desplazarse desde el interior de la magnetosfera hasta la frontera entre el campo magnético de la Tierra y el viento solar», dijo Cohen. «Una vez que llegan a la frontera, más eventos de reconexión les permiten escapar y flotar a lo largo del campo magnético interplanetario.»

«En general, los datos que hemos conseguido hasta ahora solo han sido asombroso», dijo Burch. «Ahora estamos tamizando a través de esas observaciones y vamos a ser capaces de entender los factores que impulsan la reconexión magnética de una manera nunca vista antes.»

Fuente: http://www.nasa.gov/feature/goddard/nasa-s-mms-delivers-promising-initial-results

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