Cuentas de auroras vistas desde la Estación Espacial Internacional, 17 de septiembre de 2011 (ID de fotograma: ISS029-E-6012). Crédito: NASA
Cuentas de auroras vistas desde la Estación Espacial Internacional, 17 de septiembre de 2011 (ID de fotograma: ISS029-E-6012). Crédito: NASA

Un tipo especial de aurora, que se extiende de este a oeste a través del cielo nocturno como un collar de perlas resplandecientes, está ayudando a los científicos a comprender mejor la ciencia de las auroras y sus poderosos impulsores en el espacio. Conocidas como “perlas de auroras”, estas luces a menudo aparecen justo antes de las grandes exhibiciones de auroras, que son causadas por tormentas eléctricas en el espacio llamadas subtormentas.

Anteriormente, los científicos no estaban seguros de si las perlas de auroras están conectadas de alguna manera a otras manifestaciones de auroras como un fenómeno en el espacio que precede a las subtormentas, o si son causadas por perturbaciones más cercanas a la atmósfera de la Tierra.

Pero los nuevos y poderosos modelos computacionales, combinados con las observaciones de la misión Historial temporal de eventos e interacciones a macroescala durante las subtormentas (THEMIS) de la NASA, han proporcionado la primera evidencia sólida de los eventos en el espacio que conducen a la aparición de estas perlas de auroras, y demostraron el importante papel que desempeñan en nuestro entorno de espacio cercano.

Ahora sabemos con certeza que la formación de estas perlas es parte de un proceso que precede al desencadenamiento de una subtormenta en el espacio“, afirma Vassilis Angelopoulos, investigador principal de THEMIS en la Universidad de California en Los Ángeles. “Esta es una nueva pieza importante del rompecabezas“.

Al proporcionar una imagen más amplia de la que se puede ver con las tres naves espaciales THEMIS o las observaciones terrestres por sí solas, los nuevos modelos han demostrado que las perlas de auroras son causadas por turbulencias en el plasma, un cuarto estado de la materia, compuesto por partículas cargadas gaseosas y altamente conductoras situadas alrededor de la Tierra. Los resultados, publicados recientemente en las revistas Geophysical Research Letters y Journal of Geophysical Research: Space Physics (fuentes bajo este texto), ayudarán en última instancia a los científicos a comprender mejor la gama completa de estructuras arremolinadas que se ven en las auroras.

Las observaciones de THEMIS ahora han revelado turbulencias en el espacio que provocan flujos que se ven iluminando el cielo como perlas individuales en el brillante collar de auroras“, comenta Evgeny Panov, autor principal de uno de los nuevos artículos y científico de THEMIS en el Instituto de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Austria. “Estas turbulencias en el espacio son causadas inicialmente por electrones más ligeros y ágiles, que se mueven con el peso de partículas 2.000 veces más pesadas, y que teóricamente pueden convertirse en subtormentas aurorales a gran escala“.

Las auroras se crean cuando las partículas cargadas del Sol quedan atrapadas en el entorno magnético de la Tierra, la magnetosfera, y se canalizan hacia la atmósfera superior de la Tierra, donde las colisiones hacen que brillen átomos y moléculas de hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Al modelar el entorno cercano a la Tierra en escalas de decenas a 1,9 millones de kilómetros, los científicos de THEMIS pudieron mostrar los detalles de cómo se forman las perlas de las auroras.

A medida que las nubes de plasma eructadas por el Sol pasan por la Tierra, su interacción con el campo magnético de la Tierra crea burbujas flotantes de plasma detrás de la Tierra. Como una lámpara de lava, los desequilibrios en la flotabilidad entre las burbujas y el plasma más pesado en la magnetosfera crean dedos de plasma de 4.000 kilómetros de ancho que se extienden hacia la Tierra. Las firmas de estos dedos crean la estructura distintiva en forma de cuentas en la aurora.

Ha habido una comprensión común de que, en resumen, estos eventos transitorios relativamente pequeños que ocurren alrededor de la magnetosfera son de alguna manera importantes“, insiste David Sibeck, científico del proyecto THEMIS en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Sólo recientemente hemos llegado al punto en el que la potencia informática es lo suficientemente buena como para capturar la física básica de estos sistemas“.

Ahora que los científicos entienden que las perlas de auroras preceden a las subtormentas, quieren descubrir cómo, por qué y cuándo las perlas podrían desencadenar una subtormenta en toda regla. Al menos en teoría, los dedos pueden enredar las líneas del campo magnético y causar un evento explosivo conocido como reconexión magnética, que es bien conocido por crear subtormentas y auroras a gran escala que llenan el cielo nocturno.

Nuevos modelos computacionales abren nuevas puertas en la comprensión de las auroras

Desde su lanzamiento en 2007, THEMIS ha estado tomando medidas detalladas a medida que atraviesa la magnetosfera para comprender las causas de las subtormentas que conducen a las auroras. En su misión principal, THEMIS pudo demostrar que la reconexión magnética es un impulsor principal de las subtormentas. Los nuevos resultados destacan la importancia de las estructuras y los fenómenos a escalas más pequeñas: esos cientos y miles de millas de ancho en comparación con los que se extienden por millones de millas.

Para comprender estas características de la aurora, realmente es necesario resolver escalas tanto globales como locales más pequeñas. Por eso fue tan desafiante hasta ahora“, según Slava Merkin, coautor de uno de los nuevos artículos y científico en el Centro de Tormentas Geoespaciales de la NASA con sede en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Laurel, Maryland. “Requiere algoritmos muy sofisticados y enormes superordenadores“.

Las nuevas simulaciones por computadora coinciden casi perfectamente con THEMIS y las observaciones en tierra. Tras el éxito inicial de los nuevos modelos informáticos, los científicos de THEMIS están ansiosos por reconstruir de forma más integral y sólida el clima global a través de la historia de la Tierra.

Fuentes:

Geophysical Research Letters

Journal of Geophysical Research: Space Physics

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