31/Jul/08

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Nave espacial 'impresionista' para ver la frontera invisible del Sistema Solar

En diciembre de 2004, la sonda espacial Voyager 1 tropezó con algo nunca antes experimentado durante su travesía de 26 años en ese momento, a través del Sistema Solar: un impacto invisible formado cuando el viento solar se acumula contra el gas en el espacio interestelar. Este límite, llamado impacto de terminación, señala el comienzo de la frontera final de nuestro Sistema Solar, una vasta extensión de gas turbulento y campos magnéticos tortuosos

Un equipo financiado por la NASA está desarrollando una manera de ver este reino caótico pero invisible por primera vez. Exactamente como un artista impresionista hace una imagen con incontables toques diminutos de pintura, la nueva nave espacial de la NASA, el Intellestar Boundary Explorer (IBEX) construirá una imagen del impacto de terminación y las áreas más allá, usando los impactos de átomos de alta velocidad que se irradian desde esta región.

Impresión artística de IBEX explorando
el borde de nuestro Sistema Solar Ver el vídeo

"IBEX nos permitirá hacer las primeras observaciones globales de la región más allá del impacto de terminación en el mismo borde de nuestro Sistema Solar. Esta región es crítica porque nos protege de la mayor parte de los mortales rayos cósmicos que de otra manera atravesarían el espacio alrededor de la Tierra y otros planetas", dice el Dr. David J. McComas, principal investigador de IBEX del Southwest Research Laboratory (SwRI) en San Antonio, Texas. "IBEX nos permitirá visualizar nuestra casa en la galaxia por primera vez y explorar cómo puede haber evolucionado a lo largo de la historia del Sistema Solar. En última instancia, al tomar las primeras imágenes de los límites interestelares que rodean a nuestro sistema solar, IBEX proveerá un primer paso hacia la exploración de la frontera galáctica".

El espacio no está vacío. El sol exhala en el vacío un viento delgado y caliente de gas conductor de electricidad, llamado plasma, a un millón de millas por hora. Este viento solar forma una enorme burbuja de plasma, llamada heliosfera, en el vacío alrededor del sol. Más allá de la órbita de Plutón, el viento solar disminuye gradualmente la velocidad a medida que interactúa con gases neutrales provienen del espacio interestelar, y luego su velocidad cae de golpe en un límite delgado e invisible alrededor de nuestro Sistema Solar llamado impacto de terminación.

Una simple demostración de cocina ilustra cómo se forma este impacto. Cuando el agua corre a alta velocidad desde un grifo hacia el fondo del sumidero, el agua que golpea esta superficie primero se aleja rápida y suavemente del punto de impacto, pero entonces corre en un límite circular con una circulación más lenta, más turbulenta. Una demostración de fregadero duplica la manera en que se forma el impacto de terminación.

Ver el vídeo (que incluye la demostración del fregadero).

En la demostración del fregadero, el límite circular es el impacto de terminación. La región turbulenta más allá del límite ese impacto corresponde a una capa en la heliosfera exterior de turbulentos flujos de plasma y campos magnéticos llamada heliocubierta. El límite de esta capa turbulenta con el ambiente de plasma interestelar, no tan fácil de ver en el experimento del fregadero por la turbulencia, se llama heliopausa. La heliopausa es el final de la frontera de nuestro Sistema Solar. Más allá de eso está el espacio interestelar.

IBEX tomará imágenes de la región de heliocubierta y determinará la fortaleza del impacto de terminación. También descubrirá qué ocurre cuando el viento solar choca con el espacio interestelar observando cómo circula el viento solar en la heliocubierta y cómo el gas interestelar interactúa con la heliopausa. IBEX determinará a qué velocidad son acelerados los átomos dentro del impacto de terminación y la heliocubierta.

Impresión artística de los límites de nuestro Sistema Solar.
Note la semejanza con la demostración del fregadero en la imagen anterior

Un juego cósmico de corre que te pillo permite que IBEX haga sus imágenes. Primero, algo de fondo sobre los jugadores: un átomo tiene que estar cargado eléctricamente para sentir la fuerza magnética y ser influenciado por los campos magnéticos en el espacio. Normalmente, las cargas eléctricas positivas en la parte central del átomo, llamada núcleo, están equilibradas por una cantidad igual de electrones cargados negativamente que giran a su alrededor. En este caso, el átomo es eléctricamente neutral en general y no responde a los campos magnéticos. Sin embargo, a veces un átomo gana o pierde un electrón. Las cargas eléctricas ya no están equilibradas; al ganar un electrón el átomo tiene una carga negativa adicional, mientras que si lo pierde, el átomo queda con carga positiva. El átomo cargado, llamado ión, puede ahora ser desviado o acelerado por los campos magnéticos.

La mayor parte de los iones en el espacio interestelar son desviados alrededor de nuestro Sistema Solar por el campo magnético que lleva el viento solar. Los átomos neutrales con energía (ENAs) son creados cuando los átomos neutrales de baja energía entran flotando desde el medio interestelar y "etiquetan" los protones llenos de energía que giran alrededor de las líneas de campo magnético en el viento solar. Hacen una carga de intercambio, porque las cargas opuestas se atraen, un electrón salta desde el átomo neutral al protón positivamente cargado si los dos pasan muy cerca. El protón tiene ahora un electrón para equilibrar su carga y se convierte en un átomo neutral con energía. Los ENAs que estén apuntando en dirección a la Tierra en el momento del intercambio de carga se propagarán entonces hacia la Tierra, donde IBEX puede detectarlos.

Ya que los ENAs ya no sienten la fuerza magnética, viajan en una línea casi recta, apenas ligeramente desviada por la gravedad del Sol. Su ruta directa permite a los ENAs que golpean los dos sensores de IBEX ser rastreados hasta su origen, cerca del borde del impacto de terminación. Esto permite al equipo de IBEX construir gradualmente una imagen del impacto de terminación usando los átomos neutrales entrantes, ya que se cree que la mayor parte de los ENAs que se dirigen hacia la Tierra resultan del calentamiento del viento solar cuando cruza el impacto de terminación. Con seis meses en la misión, IBEX habrá observado el cielo entero, y revelará la estructura global de la heliocubierta y el impacto de terminación por primera vez.

IBEX está programado para ser lanzado en un cohete Pegaso el 5 de octubre de 2008. Tiene que ir más allá de la región del espacio controlada por el campo magnético terrestre, llamada magnetosfera, porque esta región genera radiación y los mismos átomos de alta velocidad (ENAs) que IBEX usará para hacer sus imágenes. Para evitar la contaminación con ENAs locales producidos en la magnetosfera, la órbita de IBEX estará a 200.000 millas de la Tierra.

"La frontera del sistema solar está a miles de millones de millas de distancia, de modo que es difícil para nosotros ir hasta allí, pero ocurren cosas interesantes en los límites, y con IBEX las veremos por primera vez", dijo el Dr. Robert MacDowall, científico de la misión IBEX en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard en Greenbelt, Maryland, de la NASA.

Fuente: NASA. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard