Los resultados recientemente publicados de un experimento de 2021 dirigido por un científico de la Universidad de Alaska en Fairbanks están comenzando a revelar los procesos a nivel de partículas que crean el tipo de aurora que danza 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 la última noche de una ventana de lanzamiento de nueve días.
El 19 de noviembre se publicó un análisis de los resultados de las pruebas realizado por el profesor de la UAF Peter Delam. Física del plasma.
“Las luces intermitentes son extremadamente complejas”, afirma Delamere. “Están sucediendo muchas cosas ahí fuera y en el entorno espacial de la Tierra que dan lugar a lo que observamos.
“Comprender la causalidad en el sistema es extremadamente difícil, porque no sabemos exactamente qué está sucediendo en el espacio que da lugar a la luz que observamos en la aurora”, dijo. “KiNET-X fue un experimento muy exitoso que revelará más secretos de Aurora”.
Uno de los cohetes sonda más grandes de la NASA se elevó hacia la ionosfera sobre el Océano Atlántico y liberó dos botes de termita de bario. Luego los botes explotaron, uno a una altitud de aproximadamente 249 millas y otro 90 segundos después en una trayectoria de aproximadamente 186 millas debajo de las Bermudas. Las nubes resultantes fueron observadas desde tierra en las Bermudas y mediante aviones de investigación de la NASA.
El experimento tenía como objetivo, a escala diminuta, crear un entorno donde la baja energía del viento solar se convierte en alta energía que crea la cortina parpadeante y de rápido movimiento conocida como aurora discreta. Con KiNET-X, el experimento acerca a Delamere y sus colegas a comprender cómo se aceleran los electrones.
“Hemos creado electrones energizados”, dijo Delamere. “No hicimos 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 de Alfvén, un tipo de onda que existe en plasmas magnetizados como los que se encuentran en 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 Alfén se originan cuando perturbaciones en el plasma afectan el campo magnético. La alteración del plasma puede ocurrir de varias maneras, como por la inyección repentina de partículas de una erupción solar o por la interacción de dos plasmas con diferentes densidades.
KiNET-X generó una onda de Alfvén perturbando el plasma ambiental inyectando bario en la atmósfera superior distante.
La luz del sol convierte el bario en plasma ionizado. Dos nubes de plasma interactúan produciendo ondas de Alfvén.
Esas ondas de Alfvén producen inmediatamente líneas de campo eléctrico paralelas a las líneas del campo magnético del planeta. Y, en teoría, ese campo eléctrico aceleró significativamente los electrones a lo largo de las líneas del campo magnético.
“Esto muestra que la nube de plasma de bario se mezcla con el plasma ambiental durante breves momentos y transfiere energía e impulso”, dijo Delamere.
La transición se manifiesta como un pequeño haz de electrones de bario acelerados que se mueven hacia la Tierra a lo largo de las líneas del campo magnético. El haz sólo es visible en los datos de la línea del campo magnético de prueba.
“Es análogo a un haz de electrones de una aurora”, dijo Delamere.
Lo llamó el “dato de oro” del experimento.
El análisis de los rayos, vistos sólo como diferentes tonos de píxeles verdes, azules y amarillos en las imágenes de datos de Delamere, puede ayudar a los científicos a aprender qué les sucede a las partículas para crear las danzantes auroras boreales.
Los resultados muestran un proyecto exitoso hasta el momento, lo que permite recopilar aún más datos de sus experimentos 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 su investigación doctoral en el Instituto Geofísico de la UAF. Matthew Blandin ayudó con las operaciones ópticas en Wallops Flight Facility, Kylie Branning operó la cámara en un avión Gulfstream III de la NASA desde el Centro de Investigación Langley en Virginia y Nathan Burns ayudó con el modelado por computadora en Fairbanks.
El experimento también incluyó investigadores y equipos de Dartmouth College, la Universidad de New Hampshire y la Universidad de Clemson.