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La misión THEMIS

Auroras boreales

(Fotos: Daryl Pederson, Jouni Jussila)

La misión THEMIS, de la NASA, realiza nuevos descubrimientos sobre auroras boreales a pocos meses de su puesta en órbita, el grupo de satélites THEMIS, ya ha podido observar poderosos fenómenos que relacionan al viento solar con el campo magnético terrestre.

En diciembre 11, 2007: La flota de sondas espaciales THEMIS, que fue enviada al espacio hace poco menos de ocho meses, ha hecho tres importantes descubrimientos sobre espectaculares erupciones de auroras boreales llamadas "subtormentas" y sobre la fuente de su energía. Los descubrimientos incluyen cuerdas magnéticas gigantes que conectan las capas superiores de la atmósfera terrestre con el sol y con explosiones que tienen lugar en las afueras del campo magnético de nuestro planeta.

“La misión está apenas comenzando, pero las sondas THEMIS ya nos han sorprendido", dice Vassilis Angelopoulos, quien es el investigador principal del proyecto en la Universidad de California, en Los Ángeles.

Los descubrimientos comenzaron en marzo, menos de un mes después de que los cinco satélites THEMIS fueran activados. "El 23 de marzo de 2007, se formó una subtormenta sobre Alaska y Canadá, la cual produjo vívidas auroras boreales durante más de dos horas". Una red de cámaras instaladas en tierra, organizadas para brindar apoyo a la flota de sondas THEMIS, fotografiaron el despliegue de luces desde abajo, mientras que los satélites medían partículas y campos desde lo alto. Las fotografías de las auroras boreales sobre Alaska, observadas durante el 23 y 24 de marzo de 2007 fueron tomadas por Daryl Pederson.

De inmediato, la subtormenta sorprendió a los investigadores: "Las auroras avanzaron hacia ellos dos veces más rápido de lo que cualquiera hubiese pensado y cruzaron 15 grados de longitud en menos de un minuto", dice Angelopoulos. ¡La tormenta había atravesado un huso horario polar completo en exactamente 60 segundos!

Asimismo, "el despliegue fue sorprendentemente explosivo". Las fotografías tomadas por las cámaras en la tierra y por el Satélite Polar de la NASA (el cual también apoya al proyecto THEMIS) revelaron una serie de estallidos puntuales, cada uno con una duración de aproximadamente 10 minutos. "Algunos de los estallidos se apagaron mientras que otros se fueron reforzando unos con otros hasta convertirse en eventos de gran importancia".
Los científicos han estado siguiendo y estudiando las subtormentas durante más de un siglo, a pesar de que estos fenómenos eran muy poco conocidos hasta que las sondas THEMIS entraron en acción.

Aún más impresionante fue la energía de la subtormenta. Angelopoulos calcula que la energía total del evento de dos horas de duración fue de cerca de quinientos billones (5 x 1014) de julios. Esto equivale aproximadamente a la energía de un terremoto de magnitud 5,5.

¿De dónde proviene tanta energía?

Es posible que las sondas THEMIS hayan encontrado la respuesta: "Los satélites han hallado evidencia de que existen cuerdas magnéticas que conectan las capas superiores de la atmósfera de la tierra directamente con el sol", dice Dave Sibeck, científico de proyecto para la misión THEMIS, en el centro Goddard para Vuelos Espaciales. "Creemos que las partículas del viento solar fluyen a lo largo de estas cuerdas, proveyendo de energía a las tormentas geomagnéticas y a las auroras".

Una "cuerda magnética" es un atado retorcido de campos magnéticos organizados en forma muy similar a las fibras de una cuerda de marinero. Las naves espaciales ya habían detectado indicios de la existencia de estas cuerdas anteriormente, pero una sola nave no es suficiente para confeccionar un mapa de su estructura tridimensional. Los cinco satélites del proyecto THEMIS pudieron realizar dicha tarea.

Derecha: Un mapa magnético del corte transversal de una cuerda magnetosférica observada por los satélites THEMIS, el 20 de mayo de 2007

"El equipo del proyecto THEMIS halló su primera cuerda magnética el 20 de mayo de 2007", dice Sibeck. "Era muy grande, casi tan ancha como la Tierra, y estaba ubicada a una altura de alrededor de 64.000 kilómetros (40.000 millas) sobre la superficie de la Tierra, en una región llamada magnetopausa. "La magnetopausa es la región donde se unen el viento solar y el campo magnético de la Tierra y se empujan el uno al otro como dos luchadores de sumo trabados en combate. Allí se formó la cuerda y se extendió en apenas unos cuantos minutos, creando un breve pero significativo conducto para la energía del viento solar. Otras cuerdas se formaron poco después: "Parece que se forman continuamente", dice Sibeck.

El grupo de satélites THEMIS también observó varias explosiones relativamente pequeñas en el arco de choque magnético de la Tierra. "El arco de choque es como la ola en forma de arco que se forma delante de un bote en movimiento", explica Sibeck. "Es el sitio donde el viento solar experimenta inicialmente los efectos del campo magnético terrestre". Cuando un nudo de magnetismo en el viento solar golpea al arco de choque, "¡Bang!", dice. "Tenemos una explosión".
El nombre técnico para estas explosiones es "anomalías de flujo caliente" o HFAs (abreviatura de "hot flow anomalies", en idioma inglés). Las HFA elevan casi diez veces la temperatura de las partículas que componen el viento solar (hasta casi 10 millones de grados) y pueden hacer que el viento solar se detenga por completo. "Esto no es nada fácil de lograr, considerando el hecho de que el viento solar se mueve a velocidades supersónicas de más de 1,6 millones de kilómetros (1 millón de millas) por hora".

Izquierda: Un esquema de una anomalía de flujo caliente observada por THEMIS, el 4 de julio de 2007, y una simulación computarizada de la explosión. Crédito: N. Omidi.

"Quizás las anomalías de flujo caliente no jueguen un papel importante respecto del aumento de la energía en las subtormentas aurorales —tienen lugar con muy poca frecuencia, menos de una vez al día", hace notar Jonathan Eastwood, de la Universidad de California, en Berkeley, quien las estudia. "Sin embargo, son de gran interés. Este es un proceso físico fundamental que acelera partículas hasta energías altas y estamos encantados de poder estudiarlas".

Poderosas subtormentas, cuerdas magnéticas gigantes, explosiones que detienen el viento solar: "Tenemos que aprender mucho más sobre todas estas cosas", dice Angelopoulos.

"No puedo esperar para ver qué es lo que sigue".