Los resultados recientemente publicados de un experimento de 2021 dirigido por científicos de la Universidad de Alaska en Fairbanks han comenzado a revelar los procesos a nivel de partículas que crean el tipo de auroras que danzan rápidamente en el cielo.
El experimento de transporte de momento y energía a escala cinética, KiNET-X, despegó de las instalaciones de vuelo Wallops de la NASA en Virginia el 16 de mayo de 2021, en los últimos minutos de una ventana de lanzamiento de nueve días.
El 19 de noviembre se publicó un análisis de los resultados del experimento realizado por el profesor de la UAF Peter Delamere. Física del plasma.
“Las llamaradas son extremadamente complejas”, dijo Delamere. “Están sucediendo muchas cosas ahí fuera y en el entorno espacial de la Tierra que dan lugar a nuestras observaciones”.
“Comprender la causa en el sistema es extremadamente difícil, porque no sabemos exactamente qué está sucediendo en el espacio que está dando origen a la luz que observamos en la aurora”, dijo. “KiNET-X fue un experimento de gran éxito que revelará más secretos de Aurora”.
Uno de los cohetes sonda más grandes de la NASA entró en la ionosfera sobre el Océano Atlántico y liberó dos botes de termita de bario. Luego se detonaron los botes, uno a una altitud de aproximadamente 249 millas y otro 90 segundos después cerca de las Bermudas a una velocidad descendente de aproximadamente 186 millas. Las nubes resultantes fueron monitoreadas desde tierra en las Bermudas y mediante aviones de investigación de la NASA.
El propósito del experimento era simular, en una escala diminuta, un entorno en el que la baja energía del viento solar se convierte en alta energía, creando cortinas brillantes y de rápido movimiento conocidas como auroras discretas. Con KiNET-X, Delamere y sus colegas experimentales están más cerca de comprender cómo se aceleran los electrones.
“Produjimos electrones energéticos”, dijo Delamere. “Simplemente no produjimos suficientes para crear una aurora, pero la física fundamental asociada con la energía de los electrones estaba presente en el experimento”.
El objetivo del experimento era crear una onda Alfón, un tipo de onda que existe en plasma magnetizado como la atmósfera exterior del Sol, la magnetosfera de la Tierra y otras partes del Sistema Solar. El plasma, una forma de materia compuesta principalmente de partículas cargadas, también se puede crear en laboratorios y experimentos como KiNET-X.
Las ondas de Alfón se producen cuando perturbaciones en el plasma afectan el campo magnético. La alteración del plasma puede ocurrir de varias maneras, como por inyección espontánea de partículas provenientes de erupciones solares o por la interacción de dos plasmas de diferentes densidades.
KiNET-X generó una onda de Alfvén perturbando el plasma ambiental con inyección de bario en la atmósfera superior.
La luz del sol convierte el bario en plasma ionizado. Las dos nubes de plasma interactuaron, creando una onda Alphonse.
Esta onda de Alfvén creó inmediatamente líneas de campo eléctrico paralelas a las líneas del campo magnético del planeta. Y, según la teoría, este campo eléctrico acelera significativamente los electrones a lo largo de las líneas del campo magnético.
“Esto muestra que la nube de plasma de bario transfiere energía e impulso al plasma ambiental por un breve momento”, dijo Delamere.
La transición apareció como un pequeño haz de electrones rápidos de bario que se movía hacia la Tierra a lo largo de la línea del campo magnético. El haz sólo es visible en los datos de la línea del campo magnético del experimento.
“Es análogo a un haz de electrones de una aurora”, dijo Delamere.
Lo llama el “dato de oro” del experimento.
El análisis de los rayos, visibles sólo como píxeles de diferentes tonos de verde, azul y amarillo en las imágenes de datos de Delamire, podría ayudar a los científicos a descubrir cómo interactúan las partículas para crear lo que está sucediendo.
Los resultados hasta ahora indican un proyecto exitoso, que también puede permitir aprender más de experiencias anteriores.
“Se trata de intentar reconstruir el panorama completo utilizando todos los productos de datos y simulaciones numéricas”, dijo Delamere.
También participaron tres estudiantes de la UAF que realizan investigaciones doctorales en el Instituto Geofísico de la UAF. Matthew Blandin apoyó las operaciones ópticas en Wallops Flight Facility, Kylee Branning operó cámaras en un avión Gulfstream III de la NASA desde el Centro de Investigación Langley, también en Virginia, y Nathan Barnes ayudó con el modelado por computadora en Fairbanks.
En el experimento también participaron investigadores y equipos del Dartmouth College, la Universidad de New Hampshire y la Universidad de Clemson.
