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» » Resuelta una vieja controversia sobre la atmósfera superior de la Tierra

Referencia: Science.Daily.com, 18 de diciembre 2013

Una nueva investigación publicada en la revista Nature resuelve décadas de controversia científica sobre el origen de las partículas extremadamente energéticas conocidas como electrones ultra-relativistas en el entorno del espacio cercano de la Tierra, y que puede influir en nuestra comprensión de la magnetosfera del planeta a través del universo.


El panel superior muestra los flujos de electrones de antes (izquierda ) y después (derecha) de una tormenta geomagnética. La inyección de electrones de baja energía de plasma en la magnetosfera interior (1) hace que la onda de excitación de ‘coros’ en la región de baja densidad fuera de la fría plasmasfera (2). Difusión local de la energía asociada con la onda de dispersión conduce al desarrollo de una más fuerte fase de densidad espacial en las afueras de la plasmapausa (3). Posteriormente, la difusión radial puede redistribuir los electrones acelerados hacia el interior o hacia el exterior desde el pico en desarrollo (4).  Crédito: Jacob Bortnik / UCLA.
El descubrimiento de los procesos que controlan la formación y la pérdida definitiva de estos electrones en los cinturones de radiación de Van Allen, anillos de partículas altamente cargadas que rodean a la Tierra a una distancia de alrededor de 1.000 a 50.000 kilómetros por encima de la superficie del planeta, es el objetivo científico principal de la recientemente lanzada misión Van Allen de la NASA. La comprensión de estos mecanismos tiene importantes aplicaciones prácticas, debido a las enormes cantidades de radiación atrapada dentro de los cinturones, y que pueden representar un peligro considerable para satélites y naves espaciales, así como a los astronautas que realizan actividades fuera de una nave.

Los electrones ultra-relativistas del cinturón de radiación exterior de la Tierra, presentan una pronunciada variabilidad en respuesta a la actividad en el Sol  y los cambios en el viento solar, pero el mecanismo físico dominante, el responsable de la aceleración de electrones de la radiación del cinturón ha quedado sin resolver durante décadas. Los dos candidatos principales para esta aceleración han sido "el transporte radial de difusión hacia el interior" y la "aceleración estocástica local" a través de las ondas de plasma de muy baja frecuencia.

En una investigación publicada el 19 de diciembre en Nature, el autor principal Richard Thorne, un distinguido profesor de ciencias atmosféricas y oceánicas del Colegio de Ciencias y Letras de la UCLA, y sus colegas, informan sobre las mediciones de alta resolución por satélite de electrones de alta energía durante una tormenta geomagnética de 9 de octubre de 2012, las cuales se han modelado numéricamente utilizando un novedoso modelo en desarrollo de onda global impulsada por datos.

Su análisis revela que la dispersión a intensas ondas de radio, naturales y muy baja frecuencia, conocidas como "coros" de la atmósfera superior de la Tierra, son la principal responsable de la acumulación observada de electrones relativistas.

La modelización detallada del equipo, junto con las observaciones anteriores de picos en la fase electrónica de densidad espacial fue informada a principios de este año por Geoff Reeves y sus colegas en la revista Science, demostrando el alto nivel de eficiencia en la aceleración de la onda natural en un medio ambiente espacial cercano a la Tierra, y demuestra que la difusión radial no fue la responsable de la aceleración observada durante esta tormenta, dijo Thorne .

Los co-autores de la nueva investigación incluyen a Qianli Ma, estudiante graduado que trabaja en el laboratorio de Thorne, Wen Li, Binbin Ni y Jacob Bortnik, investigadores del laboratorio Thorne, y los miembros de los equipos científicos de la sonda Van Allen, entre ellos Harlan Spence de la Universidad de New Hampshire (investigador principal de RBSP-ECT) y Craig Kletzing de la Universidad de Iowa (investigador principal de EMFISIS).

El proceso de aceleración local de onda es un "proceso físico universal" y también debe ser eficaz en las magnetosferas de Júpiter, Saturno y otros entornos de plasma magnetizado del cosmos, explicó Thorne. Él piensa que los nuevos resultados del análisis detallado de la Tierra influyen en el futuro del modelado de otras magnetosferas planetarias.

Los cinturones de radiación de Van Allen fueron descubiertos en la atmósfera superior de la Tierra en el año 1958, por un equipo dirigido por el científico espacial James Van Allen.

Esta nueva investigación ha sido financiada por la NASA, que lanzó las sondas gemelas de Van Allen en el verano de 2012.


- Imagen: El panel superior muestra los flujos de electrones de antes (izquierda ) y después (derecha) de una tormenta geomagnética. La inyección de electrones de baja energía de plasma en la magnetosfera interior (1) hace que la onda de excitación de ‘coros’ en la región de baja densidad fuera de la fría plasmasfera (2). Difusión local de la energía asociada con la onda de dispersión conduce al desarrollo de una más fuerte fase de densidad espacial en las afueras de la plasmapausa (3). Posteriormente, la difusión radial puede redistribuir los electrones acelerados hacia el interior o hacia el exterior desde el pico en desarrollo (4).  Crédito: Jacob Bortnik / UCLA.
- Fuente : Universidad de California - Los Angeles.
http://newsroom.ucla.edu/portal/ucla/scientists-solve-a-decades-old-249639.aspx
- Publicación: R. M. Thorne, W. Li, B. Ni, Q. Ma, J. Bortnik, L. Chen, D. N. Baker, H. E. Spence, G. D. Reeves, M. G. Henderson, C. A. Kletzing, W. S. Kurth, G. B. Hospodarsky, J. B. Blake, J. F. Fennell, S. G. Claudepierre, S. G. Kanekal. Rapid local acceleration of relativistic radiation-belt electrons by magnetospheric chorus. Nature, 2013; 504 (7480): 411 DOI: 10.1038/nature12889.
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