¿Sin tormentas solares a la vista? No hay problema. La Tierra ha aprendido a crear sus propias auroras. Los nuevos resultados de la nave espacial THEMIS-ARTEMIS de la NASA muestran que un tipo de auroras boreales llamadas "auroras difusas" proviene de nuestro propio planeta, no se requieren tormentas solares.
Las auroras difusas se parecen un poco a la sopa de guisantes. Se extendieron por el cielo en una neblina verde tenue, a veces ondeando como si fueran removidas por una cuchara. No son tan llamativas como las auroras causadas por tormentas solares. Sin embargo, son importantes porque representan un enorme 75% de la entrada de energía en la atmósfera superior de la Tierra durante la noche. Los investigadores han estado intentando comprenderlas durante décadas.
Arriba: Auroras difusas y la Osa Mayor, fotografiadas por Emmanuel V. Masongsong en Fairbanks, AK
"Creemos que hemos encontrado la fuente de estas auroras", dice el físico espacial de UCLA Xu Zhang, autor principal de los artículos que informan sobre los resultados en el Journal of Geophysical Research: Space Physics and Physics of Plasmas.
Es la Tierra misma.
La Tierra genera este efecto utilizando haces de electrones. Muy por encima de los polos de nuestro planeta, rayos de partículas cargadas negativamente se disparan hacia el espacio, aceleradas por campos eléctricos en la magnetosfera de la Tierra. Los cohetes que realizan sondeos y los satélites descubrieron los rayos hace décadas. Resulta que pueden alimentar las auroras difusas.
El video, a continuación, muestra cómo funciona. Los rayos viajan en grandes arcos a través del espacio cercano a la Tierra. A medida que avanzan, excitan ondas en la magnetosfera llamadas ondas armónicas de ciclotrón de electrones (ECH). Suba el volumen y escuche las ondas grabadas por THEMIS-ARTEMIS:
Arriba: Un gran circuito eléctrico en el espacio que alimenta auroras difusas. Las ondas ECH fueron sonificadas por el software HARP (Heliophysics Audified Resonances in Plasmas) de la NASA.
Las ondas ECH, a su vez, sacan a otros electrones de sus órbitas, obligándolos a caer de nuevo a la atmósfera. Esta lluvia de electrones secundarios alimenta las auroras difusas.
“Esto es emocionante”, dice el profesor de UCLA Vassilis Angelopoulos, coautor de los artículos y líder de la misión THEMIS-ARTEMIS. "Hemos encontrado una forma totalmente nueva en la que la energía de las partículas se puede transferir desde la propia atmósfera de la Tierra a la magnetosfera y viceversa, creando un bucle de retroalimentación gigante en el espacio".
Según Angelopoulos, los haces de electrones polares de la Tierra (1) a veces se debilitan pero nunca desaparecen por completo (2), ni siquiera durante los períodos de baja actividad solar. Esto significa que la Tierra puede producir auroras sin tormentas solares.
Actualmente, el sol está experimentando períodos de baja actividad a medida que el joven ciclo solar 25 cobra vida. ¿Veremos sopas de guisantes?
Notas finales:
(1) ¿Por qué existen estos haces de electrones? La magnetosfera de la Tierra está repleta de partículas energéticas. Muchos de ellos son capturados por el viento solar. Cuando estas partículas golpean la parte superior de la atmósfera de la Tierra (la ionosfera), desprenden electrones. Los campos eléctricos, que se forman naturalmente en la magnetosfera giratoria de la Tierra, capturan los electrones liberados y los aceleran hacia el cielo en haces colimados.
(2) ¿Por qué los haces no desaparecen nunca? Respuesta corta: porque el viento solar nunca deja de soplar. Incluso cuando el sol atraviesa periodos de baja actividad, la magnetosfera de la Tierra es empujada y energizada por el viento solar siempre presente. Como resultado, los electrones siempre salen de la parte superior de la atmósfera de la Tierra, como se describe en la nota anterior. Aunque las tormentas solares no son necesarias para este proceso, las tormentas solares pueden ayudar. Por ejemplo, cuando una CME (Eyección de Masa Coronal) incide sobre la magnetosfera de la Tierra, el contenido de la magnetosfera se vuelve extra-energizado. Muchas partículas golpean con gran energía la parte superior de la atmósfera de la Tierra, liberando incluso más electrones de lo habitual. Por tanto, los haces de electrones de la Tierra pueden sobrecargarse. Cuando la tormenta amaina, los haces de electrones pueden debilitarse, pero nunca desaparecen porque incluso el Sol en baja actividad produce viento solar.
Referencias:
Zhang, X., Angelopoulos, V., Artemyev, A. V., Zhang, X.-J. (2021), Beam-driven ECH waves: A parametric study, Phys. Plasmas, 28, 072902, https://doi.org/10.1063/5.0053187
Zhang, X., Angelopoulos, V., Artemyev, A. V., Zhang, X.‐J., Liu, J. (2021). Beam‐driven electron cyclotron harmonic waves in Earth’s magnetotail. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 126, e2020JA028743. https://doi.org/10.1029/2020JA028743s
Fuente Spaceweather. Publicado el 20 de septiembre de 2021. Autor: Dr. TONY PHILLIPS. Enlace al original.
