19/Feb/08

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La reconexión magnética: nuevos hallazgos con influencia en futuras misiones

La Misión Cluster de la ESA ha observado, por primera vez, la extensión de la región donde se activa la reconexión magnética, y es bastante mayor que la que se creía. Esto ofrece a las futuras misiones espaciales mayores oportunidades de estudiarla

El espacio contiene plasma (un gas neutro compuesto de iones y electrones) que está inmerso y afectado por los campos magnéticos. Estos campos magnéticos almacenan energía que puede ser liberada de forma explosiva en un proceso denominado reconexión magnética.

En un plasma (un gas de partículas cargadas), durante la reconexión magnética, las líneas de campo magnético con direcciones opuestas se encuentran formando una disposición en X, se rompen y después se recombinan. Las nuevas líneas de campo reconectadas se alejan velozmente acelerando consigo el plasma.

Este proceso juega un papel clave en numerosos fenómenos astrofísicos: formación de estrellas, llamaradas solares y auroras intensas, por nombrar sólo algunos. En la Tierra, la reconexión magnética complica la producción eficiente de electricidad en reactores de fusión controlada, potenciales fuentes de generación futura de electricidad.

En el corazón de la reconexión magnética está la "región de difusión electrónica", donde se cree que se activa la reconexión. En ella, se producen chorros de plasma a alta velocidad y a gran escala cuando se encogen las líneas de campo magnético recién reconectadas. "Comprender la estructura de la región de difusión y el papel de control que juega en la conversión de la energía magnética en energía cinética de las partículas de plasma es un desafío científico clave", manifiesta el Dr. Michael Shay de la Universidad de Delaware, Estados Unidos.

Hasta hace poco, los científicos teóricos creían que la región de difusión electrónica era relativamente pequeña (alrededor de 2 km de anchura y 10 km de longitud). En la inmensidad del espacio, la probabilidad de que una sonda encuentre esta región sería por tanto extremadamente pequeña.

La figura muestra una comparación entre las simulaciones (cuadro derecho), y las observaciones de campo del plasma y sus perfiles, llevadas a cabo por la Misión Cluster al cruzar un chorro de electrones acelerados en una región de reconexión próxima (cuadro izquierdo). Créditos: Universidad de California en Berkeley (T. Phan)

Al aumentar la potencia de cálculo, las simulaciones por ordenador mostraron que las regiones de difusión electrónica tenían más longitud que las calculadas anteriormente. No era posible saber si estos cálculos coincidían con la realidad o no, pues la longitud calculada de la región aumentaba a medida que se hacían simulaciones más exactas. Tampoco era posible saber qué tan estable sería esta región en la realidad.

El 14 de enero de 2003, los cuatro satélites Cluster estaban cruzando la envoltura magnética (una turbulenta región de plasma localizada justo en el exterior de la magnetosfera) cuando encontraron una región de difusión electrónica. La longitud de la región observada medía 3.000 km, 300 veces mayor que el valor teórico de las simulaciones anteriores y cuatro veces más grande que la de las últimas simulaciones. En cualquier caso, las observaciones encajan fuertemente con las nuevas simulaciones.

"Estas observaciones de la Misión Cluster son muy significativas porque son las primeras medidas de la longitud de la región de difusión electrónica en el ambiente espacial. El descubrimiento supone un cambio drástico en la manera en que entendemos la física de la reconexión", indica el Dr. James Drake, de la Universidad de Maryland, Estados Unidos.

"Este descubrimiento de una región de difusión electrónica tan grande otorga a las futuras misiones de la ESA y NASA una mayor oportunidad de estudiarla", menciona Tai Phan de la Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos, autor principal del artículo sobre el descubrimiento.

Las sondas Cluster han sido capaces de detectar la región debido a la alta resolución de sus mediciones del campo magnético, campo eléctrico y concentración de iones. Pero para entender la física fundamental de la región de difusión electrónica responsable de la reconexión se precisan medidas con mayor resolución temporal, capaces de resolver los gradientes.

Las cuatro sondas de la NASA de la Misión Magnetospheric Multi-Scale, con lanzamiento previsto en el 2014, están siendo diseñadas para efectuar dichas mediciones. Cross-Scale, una misión en estudio por la ESA en colaboración con otras agencias, usaría 12 sondas para analizar la región de difusión, a la vez que mediría las consecuencias de la energía liberada por la reconexión en el entorno circundante.

"Con esta mayor probabilidad de encontrar la región de difusión electrónica, podemos tener confianza en que las futuras misiones serán capaces de entender totalmente la reconexión magnética", indica en Dr. Philippe Escoubet, científico de proyecto de las Misiones Cluster y Double Star de la ESA y del gabinete de estudio de la Misión Cross-Scale.

Fuente: Sondas Espaciales. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard