Científicos de UCLA han descubierto una nueva fuente de electrones energéticos ultrarrápidos que llueven sobre la Tierra, un fenómeno que contribuye a las auroras coloridas pero que también plantea riesgos para los satélites, las naves espaciales y los astronautas.
Los investigadores observaron una «precipitación rápida de electrones» inesperada desde la órbita terrestre baja usando la misión ELFIN, un par de pequeños satélites construidos y operados en el campus de la Universidad de California por estudiantes de pregrado y posgrado con la guía de un pequeño equipo de mentores en activo.
Al combinar los datos de ELFIN con observaciones más distantes de la nave espacial THEMIS de la NASA, los científicos determinaron que el aguacero repentino fue causado por ondas sibilantes, un tipo de onda electromagnética que se propaga a través del plasma en el espacio y afecta a los electrones en la magnetosfera de la Tierra, provocando la aparición de » extendiéndose» en la atmósfera.
Sus hallazgos, publicados el 25 de marzo en la revista Comunicaciones de la naturalezamuestra que las ondas de silbido son responsables de mucha más lluvia electrónica de lo que predicen las teorías actuales y los modelos de clima espacial.
«ELFIN es el primer satélite que mide estos electrones ultrarrápidos», dijo Xiaojia Zhang, autora principal e investigadora del Departamento de Ciencias de la Tierra, Planetarias y Espaciales de la Universidad de California. «La misión brinda nuevos conocimientos debido a su perspectiva única sobre la cadena de eventos que produce».
El centro de esta cadena de eventos es el entorno espacial cercano a la Tierra, que está lleno de partículas cargadas que orbitan en anillos gigantes alrededor del planeta, llamados cinturones de radiación de Van Allen. Los electrones en estos cinturones viajan en espirales furtivas que literalmente rebotan entre los polos norte y sur de la Tierra. Bajo ciertas condiciones, se generan ondas sibilantes dentro de los cinturones de radiación, energizando y acelerando electrones. Esto efectivamente alarga el camino de los electrones hasta el punto que caen fuera de los cinturones y escapan a la atmósfera, lloviendo electrones.
Uno puede imaginar los cinturones de Van Allen como un gran depósito lleno de agua, o en este caso, de electrones, dijo Vasilis Angelopoulos, profesor de física espacial de la UCLA e investigador principal de ELFIN. Cuando el tanque está lleno, el agua fluye periódicamente hacia el desagüe de alivio para evitar que el fregadero se desborde. Pero cuando se producen grandes olas en el tanque, el agua que fluye se derrama por el borde, más rápido y con un volumen mayor que el desagüe del desagüe. ELFIN, que está aguas abajo en ambos flujos, es capaz de medir correctamente las contribuciones de ambos.
Las mediciones de la lluvia de electrones a baja altitud realizadas por ELFIN, combinadas con las observaciones de THEMIS de ondas sibilantes en el espacio y un sofisticado modelo informático, permitieron al equipo comprender el proceso por el cual las ondas provocan flujos rápidos de electrones en la atmósfera.
Los resultados son particularmente importantes porque las teorías actuales y los modelos del clima espacial, teniendo en cuenta otras fuentes de electrones que ingresan a la atmósfera, no predicen el flujo de electrones de onda silbante, que puede afectar la química atmosférica de la Tierra, presentar riesgos para las naves espaciales y causar daños menores. Satélites orbitales.
Los investigadores demostraron además que este tipo de pérdida de electrones del cinturón de radiación en la atmósfera puede aumentar drásticamente durante las tormentas geomagnéticas, perturbaciones de la actividad solar mejorada que pueden afectar el espacio cercano a la Tierra y el entorno magnético de la Tierra.
«Aunque generalmente se piensa que el espacio está separado de nuestra atmósfera superior, los dos están estrechamente relacionados», dijo Angelopoulos. «Comprender cómo se relacionan puede beneficiar a los satélites y astronautas que pasan por la región, que se está volviendo cada vez más importante para el comercio, las comunicaciones y el turismo espacial».
Desde su inicio en 2013, más de 300 estudiantes de UCSD han trabajado en ELFIN (Investigación sobre pérdida y campos de electrones), que es financiado por la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias. Los dos pequeños satélites, cada uno del tamaño de una barra de pan y con un peso aproximado de 8 libras, se pusieron en órbita en 2018 y desde entonces han estado monitoreando la actividad de los electrones energéticos y ayudando a los científicos a comprender mejor el impacto de las tormentas magnéticas en las regiones cercanas. . Espacio terrestre. Los satélites son operados desde el Centro de Operaciones de la Misión de UCLA en el campus.