Muy por encima de la superficie, el campo magnético terrestre desvía constantemente partículas supersónicas entrantes del sol. Estas partículas son perturbadas en regiones fuera de campo magnético terrestre - y algunos se reflejan en una turbulenta región llamada la réplica.
Esta imagen representa uno de los tradicionales mecanismos propuestos para acelerar las partículas a través de un choque, llamado una aceleración de la deriva de choque. Los electrones (amarillos) y protones (azul) se aprecia movimiento en el área de colisión donde dos burbujas de plasma caliente chocan (línea roja vertical). Las flechas representan el campo magnético y las ligeras flechas verdes, el campo eléctrico. Crédito: Científico Tom Bridgman de NASA Goddard, visualizador de datos.
Nuevas observaciones de la misión THEMIS de la NASA muestran que esta región turbulenta puede acelerar electrones hasta velocidades de acercarse a la velocidad de la luz. Se han observado tales partículas extremadamente rápidas en el espacio cercano a la tierra y muchos otros lugares en el universo, pero los mecanismos que las aceleran aún no han sido concretamente comprendidos.
Los resultados proporcionan los primeros pasos hacia una respuesta, mientras dan apertura de más preguntas. La investigación encuentra que se pueden acelerar electrones a velocidades extremadamente altas en una región más alejada de la tierra previamente posible al pensamiento - hacia nuevas investigaciones sobre la causa de la aceleración.
Estos resultados pueden cambiar las teorías aceptadas sobre cómo se pueden acelerar electrones no sólo en choques cerca de la tierra, sino también en todo el universo. Tener una mejor comprensión de cómo las partículas se energizan ayudará a los científicos y a los ingenieros a equipar major las naves espaciales y los astronautas a lidiar con estas partículas, que pueden causar mal funcionamiento del equipo y afectan a los viajeros del espacio.
"Esto afecta a prácticamente todos los campos que se ocupa de las partículas de alta energía, de los estudios de rayos cósmicos a las llamaradas solares y eyecciones de masa coronales, que pueden dañar satélites y afectar a los astronautas en las expediciones a Marte," dijo a Lynn Wilson, principal autor del artículo sobre estos resultados en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland.
Los resultados, publicados en las cartas de revisión física el 14 de noviembre de 2016, describen cómo estas partículas se pueden obtener en aceleradas en regiones específicas más allá del campo magnético de la tierra. Por lo general, una partícula transmitida hacia la tierra, primero encuentra una región límite conocida como el arco de choque, que forma una barrera protectora entre el sol y la tierra. El campo magnético en el arco de choque frena las partículas, causando más desviación lejos de la tierra, aunque algunos se reflejan hacia el sol. Estos reflejan las partículas forman una región de electrones e iones que se llama la región de réplica.
Algunas de las partículas en la región de réplica son iones y electrones de movimiento rápidos, altamente energéticos. Históricamente, los científicos han pensado una manera de conseguir estas partículas a tantas altas energías por rebote hacia adelante y hacia atrás en el arco de choque, ganar un poco extra de energía de cada colisión. Sin embargo, las nuevas observaciones sugieren que las partículas también pueden obtener energía a través de la actividad electromagnética en la misma región de réplica.
Las observaciones que condujeron a este descubrimiento se tomaron de uno de los satélites de la misión THEMIS - corto para historia de tiempo de eventos e interacciones de macroescala durante Sub-tormentas. Los cinco satélites THEMIS circundaron la tierra para estudiar cómo la magnetosfera del planeta había capturado y liberado energía solar eólica, para entender lo que inicia las sub-tormentas geomagnéticas causantes de la aurora. Las órbitas THEMIS llevaron a la nave espacial el Precurs regiones del límite. La misión principal de THEMIS concluyó con éxito en 2010 y ahora dos de los satélites recogen datos en órbita alrededor de la luna.
El funcionamiento entre el sol y la tierra, la nave espacial encontró electrones acelerados a energías extremadamente altas. Las observaciones aceleradas duraron menos de un minuto, pero eran mucho más altos que el promedio de energía de las partículas en la región y mucho más alta que puede explicarse solo por las colisiones. Observaciones simultáneas de la nave de viento y ESTÉREO demostraron no ráfagas de radio solar o choques interplanetarios, por lo que los electrones de alta energía no se origina de la actividad solar.
"Este es un caso extraño porque estamos viendo electrones energéticos donde no pensamos debían estar, y ningún modelo se ajusta a ellos," dijo David Sibeck, coautor y del proyecto científico THEMIS de la NASA Goddard. "Hay un vacío en nuestro conocimiento, algo básico que falta".
Los electrones también podrían no haberse originado del arco de choque, como había sido pensado previamente. Si los electrones se aceleraron en el arco de choque, tendrían un movimiento recomendado: dirección y ubicación - en consonancia con el campo magnético y alejándose del arco de choque en una región pequeña y específica. Sin embargo, los electrones observados fueron avanzando en todas las direcciones, no sólo a lo largo de líneas del campo magnético. Además, el arco de choque sólo puede producir energías a aproximadamente una décima parte de las energías de los electrones observados. En cambio, la causa de la aceleración de los electrones fue encontrada dentro de la propia región de réplica.
"Parece indicar que cosas increíblemente pequeñas están haciendo esto porque no pueden explicar las cosas a gran escala", dijo Wilson.
Partículas de alta energía se han observado en la región de la réplica de más de 50 años, pero hasta ahora, nadie había visto los electrones de alta energía proceder de dentro de la región de réplica. Esto es parcialmente debido a los cortos periodos de tiempo en el cual los electrones se aceleran, las observaciones anteriores habían promediado durante varios minutos, que pueden haber ocultado cualquier evento. THEMIS reúne observaciones mucho más rápidamente, lo que lo hace único y capaz de ver las partículas.
A continuación, los investigadores pretenden obtener más observaciones de THEMIS para determinar el mecanismo específico detrás de aceleración de los electrones.
Esta imagen representa uno de los tradicionales mecanismos propuestos para acelerar las partículas a través de un choque, llamado una aceleración de la deriva de choque. Los electrones (amarillos) y protones (azul) se aprecia movimiento en el área de colisión donde dos burbujas de plasma caliente chocan (línea roja vertical). Las flechas representan el campo magnético y las ligeras flechas verdes, el campo eléctrico. Crédito: Científico Tom Bridgman de NASA Goddard, visualizador de datos.
Nuevas observaciones de la misión THEMIS de la NASA muestran que esta región turbulenta puede acelerar electrones hasta velocidades de acercarse a la velocidad de la luz. Se han observado tales partículas extremadamente rápidas en el espacio cercano a la tierra y muchos otros lugares en el universo, pero los mecanismos que las aceleran aún no han sido concretamente comprendidos.
Los resultados proporcionan los primeros pasos hacia una respuesta, mientras dan apertura de más preguntas. La investigación encuentra que se pueden acelerar electrones a velocidades extremadamente altas en una región más alejada de la tierra previamente posible al pensamiento - hacia nuevas investigaciones sobre la causa de la aceleración.
Estos resultados pueden cambiar las teorías aceptadas sobre cómo se pueden acelerar electrones no sólo en choques cerca de la tierra, sino también en todo el universo. Tener una mejor comprensión de cómo las partículas se energizan ayudará a los científicos y a los ingenieros a equipar major las naves espaciales y los astronautas a lidiar con estas partículas, que pueden causar mal funcionamiento del equipo y afectan a los viajeros del espacio.
"Esto afecta a prácticamente todos los campos que se ocupa de las partículas de alta energía, de los estudios de rayos cósmicos a las llamaradas solares y eyecciones de masa coronales, que pueden dañar satélites y afectar a los astronautas en las expediciones a Marte," dijo a Lynn Wilson, principal autor del artículo sobre estos resultados en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland.
Los resultados, publicados en las cartas de revisión física el 14 de noviembre de 2016, describen cómo estas partículas se pueden obtener en aceleradas en regiones específicas más allá del campo magnético de la tierra. Por lo general, una partícula transmitida hacia la tierra, primero encuentra una región límite conocida como el arco de choque, que forma una barrera protectora entre el sol y la tierra. El campo magnético en el arco de choque frena las partículas, causando más desviación lejos de la tierra, aunque algunos se reflejan hacia el sol. Estos reflejan las partículas forman una región de electrones e iones que se llama la región de réplica.
Algunas de las partículas en la región de réplica son iones y electrones de movimiento rápidos, altamente energéticos. Históricamente, los científicos han pensado una manera de conseguir estas partículas a tantas altas energías por rebote hacia adelante y hacia atrás en el arco de choque, ganar un poco extra de energía de cada colisión. Sin embargo, las nuevas observaciones sugieren que las partículas también pueden obtener energía a través de la actividad electromagnética en la misma región de réplica.
Las observaciones que condujeron a este descubrimiento se tomaron de uno de los satélites de la misión THEMIS - corto para historia de tiempo de eventos e interacciones de macroescala durante Sub-tormentas. Los cinco satélites THEMIS circundaron la tierra para estudiar cómo la magnetosfera del planeta había capturado y liberado energía solar eólica, para entender lo que inicia las sub-tormentas geomagnéticas causantes de la aurora. Las órbitas THEMIS llevaron a la nave espacial el Precurs regiones del límite. La misión principal de THEMIS concluyó con éxito en 2010 y ahora dos de los satélites recogen datos en órbita alrededor de la luna.
El funcionamiento entre el sol y la tierra, la nave espacial encontró electrones acelerados a energías extremadamente altas. Las observaciones aceleradas duraron menos de un minuto, pero eran mucho más altos que el promedio de energía de las partículas en la región y mucho más alta que puede explicarse solo por las colisiones. Observaciones simultáneas de la nave de viento y ESTÉREO demostraron no ráfagas de radio solar o choques interplanetarios, por lo que los electrones de alta energía no se origina de la actividad solar.
"Este es un caso extraño porque estamos viendo electrones energéticos donde no pensamos debían estar, y ningún modelo se ajusta a ellos," dijo David Sibeck, coautor y del proyecto científico THEMIS de la NASA Goddard. "Hay un vacío en nuestro conocimiento, algo básico que falta".
Los electrones también podrían no haberse originado del arco de choque, como había sido pensado previamente. Si los electrones se aceleraron en el arco de choque, tendrían un movimiento recomendado: dirección y ubicación - en consonancia con el campo magnético y alejándose del arco de choque en una región pequeña y específica. Sin embargo, los electrones observados fueron avanzando en todas las direcciones, no sólo a lo largo de líneas del campo magnético. Además, el arco de choque sólo puede producir energías a aproximadamente una décima parte de las energías de los electrones observados. En cambio, la causa de la aceleración de los electrones fue encontrada dentro de la propia región de réplica.
"Parece indicar que cosas increíblemente pequeñas están haciendo esto porque no pueden explicar las cosas a gran escala", dijo Wilson.
Partículas de alta energía se han observado en la región de la réplica de más de 50 años, pero hasta ahora, nadie había visto los electrones de alta energía proceder de dentro de la región de réplica. Esto es parcialmente debido a los cortos periodos de tiempo en el cual los electrones se aceleran, las observaciones anteriores habían promediado durante varios minutos, que pueden haber ocultado cualquier evento. THEMIS reúne observaciones mucho más rápidamente, lo que lo hace único y capaz de ver las partículas.
A continuación, los investigadores pretenden obtener más observaciones de THEMIS para determinar el mecanismo específico detrás de aceleración de los electrones.
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