Explicamos la reconexión magnética como nunca antes gracias a la misión MMS

En el siguiente artículo mostramos los últimos datos obtenidos por la misión (MMS) Magnetiospheric MultiScale, que se encarga de estudiar el proceso de “reconexión magnética” que se da entre el campo magnético de nuestro planeta y el viento solar. De paso, explicaremos a fondo en qué consiste éste fenómeno.
Hace poco más de un año, hicimos un trabajo de seguimiento a una nueva misión espacial; su función estaba tan asociada a nuestras investigaciones a cerca de las tormentas solares, que nos pareció casi obligatorio estar atentos a sus resultados.

→ ÉXITO PARA LA MISIÓN MMS 

Como bien es sabido, nuestro planeta está envuelto por un campo magnético mucho más grande que nuestro propio planeta, y por naturaleza, nos ayuda a aislarnos del ambiente radioactivo del espacio. Pero este aislamiento no es constantemente homogéneo y en determinadas ocasiones, pueden filtrarse pequeñas cantidades de viento solar hacia capas más bajas mientras son atraídas hacia los polos terrestres. Cuando esto sucede, comienza una “tormenta geomagnética”, que siempre estará relacionada con la dirección y polaridad de los campos magnéticos terrestres; cuando la dirección y polaridad de los diferentes campos terrestres y los del viento solar coinciden, pueden asociarse y desembocar en la reconexión magnética que con tanto ahínco busca estudiar la misión MMS.

Tras despegar en marzo de 2015, ya ha ido mostrando resultados como los que mostramos en el siguiente artículo enlazado, pero no es hasta ahora que se han podido procesar los mejores. Hemos subtitulado el siguiente vídeo para explicar mejor el evento y los resultados:


* Fuente: NASA Goddard

Los efectos de esta repentina liberación de partículas y energía <tales como erupciones gigantes en el Sol, la auroras, tormentas de radiación o de alta energía de partículas cósmicas que vienen de otras galaxias> se han observado en todo el sistema solar y más allá. Pero nunca hemos podido presenciar el fenómeno de reconexión magnética directamente. Los satélites han intentado observar las partículas con exceso de velocidad, pero no el impulso en sí.

“Desarrollamos una misión, que por primera vez tendría la precisión necesaria para recabar observaciones en el corazón de la reconexión magnética”, dijo Jim Burch, el investigador principal de MMS en el Instituto de Investigación del Suroeste en San Antonio, Texas, y el primer autor del estudio. “Hemos recibido los resultados más rápido de lo que podríamos haber esperado. Al ver la reconexión magnética en acción, hemos observado una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza.”

Las naves vuelan en una pirámide de formación para crear un mapa en 3-D completa de cualquier fenómeno que observan. El 16 de octubre de 2015, la nave espacial viajó directamente a través de un evento de reconexión magnética en el límite donde el campo magnético de la Tierra choca con el campo magnético del sol. En sólo unos segundos, los 25 sensores en cada una de las naves espaciales recogieron miles de observaciones. Esta cadencia de tiempo sin precedentes abrió la puerta para que los científicos rastrear mejor que nunca cómo cambian los campos magnéticos y eléctricos, así como las velocidades y dirección de las diversas partículas cargadas.

La ciencia básica que explica el funcionamiento del electromagnetismo, domina en la mayor parte del universo y es una fuerza fundamental en el espacio como en la Tierra lo es la gravedad. Cualquier conjunto de campos magnéticos puede ser pensado como una fila de líneas. Estas líneas de campo siempre se anclan a un cuerpo (un planeta, una estrella), creando una red magnética gigante que lo rodea. Es en los límites de dos de estas redes se produce el fenómeno de la reconexión.

giff

Imagínese filas de líneas de campo magnético que se mueven una hacia la otra como muestra la imagen insertada arriba. Las líneas de campo a veces viajan en la misma dirección, y no tienen mucho efecto la una sobre la otra, como dos corrientes de agua que fluyen a lo largo de lado uno del otro. Pero si los dos conjuntos de líneas de campo apuntan en direcciones opuestas, el proceso de realineación es dramática. Puede ser muy explosiva, enviando partículas a toda velocidad fuera casi a la velocidad de la luz. También puede ser lento y constante. De cualquier manera se libera una enorme cantidad de energía.

“Uno de los misterios de la reconexión magnética es averiguar la razón por la que unas veces es tan explosiva, otras más constantes, y en algunos casos, la reconexión magnética no se produce en absoluto”, dijo Tom Moore, el científico de la misión para MMS en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Ya sea explosiva o constante, las partículas locales están atrapadas en el evento, arrojadas fuera de zonas alejadas, cruzan límites magnéticos que nunca podrían haber cruzado de lo contrario. En los bordes del entorno magnético de la Tierra, la magnetosfera, este tipo de eventos permiten que la radiación solar entre en el espacio cercano a la Tierra.

“A partir de las mediciones de satélites anteriores, sabemos que los campos magnéticos actúan como una honda, enviando protones acelerados hacia afuera”, dijo Burch. “El misterio durante décadas ha sido:  ¿Qué hacen los electrones, y cómo lo hacen los dos campos magnéticos de interconexión?” Las mediciones por satélite de electrones han sido demasiado lentas hasta ahora, pero la precisión y velocidad de las mediciones de MMS, sin embargo, abrieron una nueva ventana al universo, un nuevo ‘microscopio’ para ver la reconexión.

Con este nuevo conjunto de observaciones, MMS rastreó lo que ocurre con los electrones durante la reconexión magnética. A medida que la nave espacial voló a través del límite de la magnetosfera, volaron directamente a través de lo que se llama la región donde se produjo la disipación de la reconexión magnética. Las observaciones fueron capaces de realizar un seguimiento de cómo los campos magnéticos de repente cambiaron, y también cómo las partículas se alejaron.

 

electron

 

Las observaciones muestran que los electrones salen disparados a gran distancia en línea recta desde el evento original a cientos de millas por segundo, cruzando los límites magnéticos que normalmente las desvían. Una vez al otro lado de la frontera, las partículas se curvan hacia atrás en respuesta a los nuevos campos magnéticos que se encontraron, provocando un cambio de sentido. Estas observaciones se alinean con una simulación por ordenador conocido como el modelo de media luna, llamado así por las formas de media luna característicos que generan los electrones cuando tratan de volver en la dirección de la cual fueron despedidos.

Un resultado sorprendente fue que en el momento de la interconexión entre las líneas del campo magnético del sol y las de la Tierra, las medias lunas se volvieron bruscamente de modo que los electrones fluyen a lo largo de las líneas de campo. Al observar estos trazadores de electrones, MMS hizo la primera observación de la ruptura, prediciendo la interconexión de los campos magnéticos en el espacio.

“Los datos mostraron que todo el proceso de reconexión magnética es bastante ordenado y elegante”, dijo Michael Hesse, un científico espacial en el Centro Goddard que desarrolló por primera vez el modelo de media luna. “No parece que haya mucha turbulencia actual, o al menos no lo suficiente como para interrumpir o complicar el proceso.”

Al ver la forma de media luna característica persistente en las distribuciones de electrones, sugiere que es la física de los electrones lo que se encuentra en el corazón de la comprensión de cómo las líneas de campo magnético aceleran las partículas.”Esto nos muestra que los electrones se mueven de tal manera que los campos eléctricos se establecen y estos campos eléctricos a su vez producen una dosis final de energía magnética”, dijo Roy Torbert, un científico en el Centro de Ciencia Espacial de la Universidad de New Hampshire en Durham, que es un co-autor del estudio. “El encuentro que nuestros instrumentos fueron capaces de medir nos dio una visión más clara de una liberación de energía explosiva durante la reconexión y el papel desempeñado por la física de electrones.”

portada

Desde su lanzamiento, MMS ha realizado más de 4.000 viajes a través de los límites magnéticos alrededor de la Tierra, recopilando información acerca de la forma en que los campos magnéticos y las partículas se mueven. Después de su primera observación directa de la reconexión magnética, seguirá proporcionando más información sobre este proceso fundamental durante los próximos meses.

A medida que continúa la misión, el equipo puede ajustar la formación de la nave espacial MMS acercándolas mutuamente, lo que proporciona una mejor visualización de las trayectorias de electrones, o más lejos, lo que proporciona una mejor visualización de las trayectorias de protones. Cada conjunto de observaciones contribuye a explicar diferentes aspectos de la reconexión magnética. En conjunto, esta información ayudará a los científicos trazar los detalles de nuestro entorno espacial.

————————————————————————————————————
► ELABORACIÓN Y TRADUCCIÓN:
Grupo Amateur de Meteorología Espacial
Autor ~ cristian@meteorologiaespacial.es
► REFERENCIAS:
NASA Goddard
► ARTÍCULOS RELACIONADOS:
> Éxito para la misión MMS
> Más sobre la reconexión magnética
————————————————————————————————————

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.