Agencias/Ciudad de México.- Observaciones desde un cohete suborbital de la NASA han permitido medir con éxito por primera vez un campo eléctrico planetario, tan fundamental como sus campos magnético y gravitacional.
Hace más de 60 años, los científicos plantearon por primera vez la hipótesis de que este campo eléctrico ambipolar era el responsable de que la atmósfera de nuestro planeta pudiera escapar por encima de los polos norte y sur de la Tierra. Las mediciones realizadas desde el cohete Endurance de la NASA han confirmado la existencia del campo ambipolar y cuantificado su fuerza, revelando su papel en el escape atmosférico y en la configuración de nuestra ionosfera (una capa de la atmósfera superior) en términos más generales.
Comprender los complejos movimientos y la evolución de la atmósfera de nuestro planeta proporciona pistas no solo sobre la historia de la Tierra, sino que también nos permite comprender los misterios de otros planetas y determinar cuáles podrían ser aptos para la vida. Se ha publicado un artículo de investigación sobre este tema en la revista Nature.
Desde finales de los años 60, las naves espaciales que sobrevolaban los polos de la Tierra han detectado una corriente de partículas que fluía desde nuestra atmósfera hacia el espacio. Los teóricos predijeron esta corriente, a la que llamaron “viento polar”, lo que estimuló la investigación para comprender sus causas.
Se esperaba cierta cantidad de corriente de nuestra atmósfera. La luz solar intensa y sin filtrar debería hacer que algunas partículas de nuestro aire escaparan al espacio, como el vapor que se evapora de una olla con agua. Pero el viento polar observado era más misterioso. Muchas de las partículas que contenía estaban frías, sin signos de haber sido calentadas, pero viajaban a velocidades supersónicas.
“Algo tenía que estar extrayendo estas partículas de la atmósfera”, dijo en un comunicado Glyn Collinson, investigador principal del Endurance en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y autor principal del artículo. Los científicos sospechaban que podría estar en funcionamiento un campo eléctrico aún por descubrir.
Se esperaba que el hipotético campo eléctrico, generado a escala subatómica, fuera increíblemente débil y que sus efectos se sintieran solo a cientos de kilómetros de distancia. Durante décadas, detectarlo estaba más allá de los límites de la tecnología existente. En 2016, Collinson y su equipo se pusieron a trabajar en la invención de un nuevo instrumento que creían que estaba a la altura de la tarea de medir el campo ambipolar de la Tierra.
Los instrumentos y las ideas del equipo eran los más adecuados para un vuelo con cohete suborbital lanzado desde el Ártico. En un guiño al barco que llevó a Ernest Shackleton en su famoso viaje de 1914 a la Antártida, el equipo bautizó su misión como Endurance. Los científicos fijaron un rumbo hacia Svalbard, un archipiélago noruego a solo unos cientos de kilómetros del Polo Norte y hogar del campo de cohetes más septentrional del mundo.
“Svalbard es el único campo de cohetes del mundo donde se puede volar a través del viento polar y realizar las mediciones que necesitábamos”, dijo Suzie Imber, física espacial de la Universidad de Leicester, Reino Unido, y coautora del artículo.
Los científicos han planteado la teoría de que este campo eléctrico debería empezar a unos 250 kilómetros de altitud, donde los átomos de nuestra atmósfera se desintegran en electrones con carga negativa e iones con carga positiva. Los electrones son increíblemente ligeros: la más mínima dosis de energía podría hacer que salieran disparados al espacio. Los iones son al menos 1,836 veces más pesados y tienden a hundirse hacia el suelo. Si solo fuera la gravedad la que influyera, las dos poblaciones, una vez separadas, se distanciarían con el tiempo. Pero, dadas sus cargas eléctricas opuestas, se forma un campo eléctrico que las mantiene unidas, impidiendo cualquier separación de cargas y contrarrestando algunos de los efectos de la gravedad.
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El 11 de mayo de 2022, el Endurance despegó y alcanzó una altitud de 768.03 kilómetros, para luego amerizar 19 minutos después en el mar de Groenlandia. En el rango de altitud de 518 kilómetros donde recopiló datos, el Endurance midió un cambio en el potencial eléctrico de solo 0.55 voltios.
“Medio voltio es casi nada; es tan fuerte como la batería de un reloj”, dijo Collinson. “Pero es la cantidad justa para explicar el viento polar”.
Los iones de hidrógeno, el tipo de partícula más abundante en el viento polar, experimentan una fuerza hacia afuera de este campo 10.6 veces más fuerte que la gravedad.
“Eso es más que suficiente para contrarrestar la gravedad; de hecho, es suficiente para lanzarlos hacia el espacio a velocidades supersónicas“, dijo Alex Glocer, científico del proyecto Endurance en el Centro Goddard de la NASA y coautor del artículo.
Las partículas más pesadas también reciben un impulso. Los iones de oxígeno a esa misma altitud, inmersos en este campo de medio voltio, pesan la mitad. En general, el equipo descubrió que el campo ambipolar aumenta lo que se conoce como la “altura de escala” de la ionosfera en un 271%, lo que significa que la ionosfera sigue siendo más densa a mayores alturas de lo que sería sin él.
“Es como una cinta transportadora que eleva la atmósfera hacia el espacio”, añadió Collinson.
El descubrimiento de Endurance ha abierto muchos nuevos caminos para la exploración. El campo ambipolar, como campo de energía fundamental de nuestro planeta junto con la gravedad y el magnetismo, puede haber moldeado continuamente la evolución de nuestra atmósfera de maneras que ahora podemos comenzar a explorar. Debido a que se crea por la dinámica interna de una atmósfera, se espera que existan campos eléctricos similares en otros planetas, incluidos Venus y Marte.
“Cualquier planeta con una atmósfera debería tener un campo ambipolar”, dijo Collinson. “Ahora que finalmente lo hemos medido, podemos comenzar a aprender cómo ha moldeado nuestro planeta y otros a lo largo del tiempo”.
Este campo eléctrico es bidireccional o “ambipolar”, porque funciona en ambas direcciones. Los iones arrastran a los electrones hacia abajo mientras se hunden con la gravedad. Al mismo tiempo, los electrones elevan a los iones a mayores alturas mientras intentan escapar al espacio, como un perrito que tira de la correa de su perezoso dueño. El efecto neto del campo ambipolar es extender la altura de la atmósfera, elevando algunos iones lo suficiente para escapar con el viento polar.
A NASA-led rocket team has finally discovered the long-sought electric field driving particles from Earth’s atmosphere into space ‼️
First hypothesized over 60 years ago, it is “an agent of chaos” whose impacts are still not fully known: https://t.co/cQzceoswRS pic.twitter.com/yNynaLJB4P
— NASA Sun & Space (@NASASun) September 7, 2024
