Modelando la magnetosfera terrestre en el laboratorio

Un equipo internacional de físicos ha ideado un método para estudiar pequeñas magnetosferas en el laboratorio, de sólo milímetros de espesor.

 

Un equipo internacional de físicos ha ideado un método para estudiar pequeñas magnetosferas en el laboratorio, de sólo milímetros de espesor, este experimento ha sido realizado en Physics of Plasmas, de AIP Publishing, y ha sido llevado a cabo por científicos de Princeton, UCLA y el Instituto Superior Técnico, Portugal.

Estas mini magnetosferas se han observado alrededor de cometas y cerca de ciertas áreas de la Luna. Son buenos dispositivos de prueba para estudiar magnetosferas del tamaño de planetas más grandes.

Envolviendo a nuestro planeta y protegiéndonos del Sol hay una burbuja de magnetismo gigante llamada magnetosfera. Esta burbuja desvía la mayor parte del material solar que se precipita hacia nosotros desde nuestra estrella, a aproximadamente 1.609.000 kilómetros por hora. Sin la magnetosfera, la incesante acción de estas partículas solares podría despojar a la Tierra de sus capas protectoras, que nos resguardan de la radiación ultravioleta del Sol. Esta burbuja magnética fue clave para ayudar a la Tierra a desarrollarse y llegar a ser un planeta habitable.

Una magnetosfera se forma alrededor de cualquier objeto magnetizado, como un planeta, que está sumergido dentro de una corriente de gas ionizado, llamada atributo plasma. Debido a que la Tierra posee un campo magnético intrínseco, el planeta está rodeado por una gran magnetosfera que se extiende hacia el espacio, bloquea los rayos cósmicos letales y las partículas del sol y las estrellas, y permite que exista la vida misma.

Comprender a nuestra magnetosfera es un elemento clave para ayudar a los científicos a predecir algún día el clima espacial que puede afectar la tecnología de la Tierra. Los eventos extremos del clima espacial pueden alterar las redes de las comunicaciones, así como la navegación por GPS (Sistema de Posicionamiento Global, en idioma español) y las redes de energía eléctrica.

Magnetosfera
Magnetosfera

La magnetosfera es un escudo permeable. El viento solar periódicamente se conecta con la magnetosfera forzándola a reconfigurar. Esto puede crear una grieta que permite que la energía penetre en nuestro refugio seguro. Estas grietas se abren y se cierran muchas veces por día o incluso muchas veces por hora. La mayoría de ellas son pequeñas y de corta duración, pero otras son grandes y de duración sostenida. Con el campo magnético del Sol conectándose con el de la Tierra de esta manera, comienzan los fuegos artificiales.

Se han llevado a cabo experimentos de laboratorio anteriores utilizando túneles de viento de plasma o láseres de alta energía para crear mini-magnetosferas. Sin embargo, estos experimentos anteriores se limitaron a mediciones 1D de campos magnéticos que no capturan el comportamiento 3D completo que los científicos necesitan comprender.

"Para superar estas limitaciones, hemos desarrollado una nueva plataforma experimental para estudiar mini-magnetosferas en el dispositivo de plasma grande (LAPD) en UCLA", dijo el autor Derek Schaeffer.

Esta plataforma combina el campo magnético del LAPD con un plasma rápido impulsado por láser y un imán dipolar impulsado por corriente.

El campo magnético LAPD proporciona un modelo del campo magnético interplanetario del sistema solar, mientras que el plasma impulsado por láser modela el viento solar y el imán dipolar proporciona un modelo para el campo magnético inherente de la Tierra. Las sondas motorizadas permiten escanear el sistema en tres dimensiones al combinar datos de decenas de miles de disparos láser.

Una ventaja de usar esta configuración es que el campo magnético y otros parámetros pueden variar y controlarse cuidadosamente.

Si se apaga el imán dipolar, desaparecen todos los signos de una magnetosfera. Cuando se enciende el campo magnético del dipolo, se puede detectar una magnetopausa, que es una evidencia clave de la formación de una magnetosfera.

Una magnetopausa es el lugar en la magnetosfera donde la presión del campo magnético planetario se equilibra con el viento solar. Los experimentos revelaron que a medida que aumenta el campo magnético del dipolo, la magnetopausa se vuelve más grande y más fuerte.

El efecto sobre la magnetopausa se predijo mediante simulaciones por computadora, que llevaron a cabo los investigadores para comprender y validar sus resultados experimentales de manera más completa. Estas simulaciones también guiarán los experimentos futuros, incluidos los estudios que utilizan un cátodo instalado recientemente en LAPD.

“El nuevo cátodo permitirá flujos de plasma más rápidos, lo que a su vez nos permitirá estudiar los arcos de choque observados alrededor de muchos planetas”, dijo Schaeffer.

Otros experimentos estudiarán la reconexión magnética, un proceso importante en la magnetosfera de la Tierra en el que los campos magnéticos se aniquilan para liberar una enorme energía.

Referencia:

D. B. Schaeffer. et al. Laser-driven, ion-scale magnetospheres in laboratory plasmas. I. Experimental platform and first results. AIP 2022. doi.org/10.1063/5.0084353

 

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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