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ASTRONOMÍA. Dinámica misteriosa en la interfaz de la Tierra con el espacio

 

Los procesos en la atmósfera superior de la Tierra crean franjas brillantes de color conocidas como airglow, como se ve aquí en una imagen tomada desde la Estación Espacial Internacional. Fuente: NASA

Una nueva investigación que utiliza datos de la misión Observaciones del miembro y el disco a escala global de la NASA , o GOLD, ha revelado un comportamiento inesperado en las franjas de partículas cargadas que rodean el ecuador de la Tierra, posiblemente gracias a la visión global a largo plazo de GOLD, la primera de su tipo para este tipo de medición.

GOLD está en órbita geoestacionaria, lo que significa que orbita alrededor de la Tierra al mismo ritmo que el planeta gira y “se cierne” sobre el mismo punto en lo alto. Esto permite que GOLD observe la misma área en busca de cambios a lo largo del tiempo en longitud y latitud, algo que la mayoría de los satélites que estudian la atmósfera superior no pueden hacer.

“Dado que GOLD está en un satélite geoestacionario, podemos capturar la evolución temporal en 2D de estas dinámicas”, dijo el Dr. Xuguang Cai, investigador del Observatorio de Gran Altitud en Boulder, Colorado, y autor principal de un nuevo artículo de investigación.

GOLD se enfoca en partes de la atmósfera superior de la Tierra que se extienden desde aproximadamente 50 a 400 millas de altitud, incluida una capa neutra llamada termosfera y las partículas cargadas eléctricamente que forman la ionosfera. A diferencia de las partículas neutras en la mayor parte de la atmósfera de la Tierra, las partículas cargadas de la ionosfera responden a los campos eléctricos y magnéticos que atraviesan la atmósfera y el espacio cercano a la Tierra. Pero debido a que las partículas cargadas y neutrales se mezclan, algo que influye en una población también puede afectar a la otra.

La misión GOLD de la NASA, abreviatura de Observaciones a escala global del miembro y el disco, vio un sorprendente movimiento asimétrico en una de las bandas gemelas de partículas cargadas que se forman en la atmósfera de la Tierra durante la noche. La perspectiva única de GOLD (derecha) hizo posible esta observación, ya que otros tipos de mediciones realizadas con instrumentos terrestres (izquierda) no pueden ver los cambios que ocurren en aguas abiertas. Los puntos rojos muestran el pico de la banda de electrones medida por sensores terrestres que miden el contenido total de electrones, mientras que los puntos negros muestran el pico de la banda de electrones medida por GOLD. Hacia el final de la visualización, los picos medidos aparecen en diferentes lugares. Fuente: Estudio de visualización científica de la NASA

Esto significa que la ionosfera y la atmósfera superior están formadas por una serie de factores complejos, incluidas las condiciones climáticas espaciales, como las tormentas geomagnéticas, impulsadas por el Sol, y el clima terrestre. Estas regiones también actúan como una autopista para muchas de nuestras comunicaciones y señales de navegación. Los cambios en la densidad y composición de la ionosfera pueden confundir las señales que pasan, como la radio y el GPS.

Desde su posición ventajosa en un satélite de comunicaciones comerciales en órbita geoestacionaria, GOLD realiza observaciones de la ionosfera en todo el hemisferio aproximadamente cada 30 minutos. Esta vista de pájaro sin precedentes está brindando a los científicos nuevos conocimientos sobre cómo cambia esta región.

Movimiento misterioso

Una de las características más distintivas de la ionosfera nocturna son las bandas gemelas de partículas cargadas densas a ambos lados del ecuador magnético de la Tierra. Estas bandas, llamadas anomalía de ionización ecuatorial o EIA, pueden cambiar de tamaño, forma e intensidad, según las condiciones de la ionosfera.

Las bandas también pueden moverse de posición. Hasta ahora, los científicos se han basado en datos capturados por satélites que pasan por la región, promediando mediciones durante meses para ver cómo podrían estar cambiando las bandas a largo plazo. Pero los cambios a corto plazo fueron más difíciles de rastrear.

Antes de GOLD, los científicos sospechaban que cualquier cambio rápido que ocurriera en las bandas sería simétrico. Si la banda norte se mueve hacia el norte, la banda sur hace un movimiento de espejo hacia el sur. Sin embargo, una noche de noviembre de 2018, GOLD vio algo que desafió esta idea: la banda sur de partículas se desplazó hacia el sur, mientras que la banda norte se mantuvo estable, todo en menos de dos horas.


La forma del campo magnético de la Tierra (representado por líneas naranjas en esta visualización de datos) cerca del ecuador aleja las partículas cargadas (azules) del ecuador, creando dos bandas densas justo al norte y al sur del ecuador conocidas como anomalía de ionización ecuatorial. Fuente: Estudio de visualización científica de la NASA

Esta no es la primera vez que los científicos ven que las bandas se mueven así, pero este evento más corto, solo unas dos horas, en comparación con las seis a ocho horas más típicas vistas antes, se vio por primera vez y solo podría haber sido observado por GOLD. Las observaciones se describen en un artículo publicado el 29 de diciembre de 2020 en el Journal of Geophysical Research: Space Physics .

La deriva simétrica de estas bandas es causada por el aire ascendente que arrastra partículas cargadas con él. A medida que cae la noche y las temperaturas se enfrían, se elevan bolsas de aire más cálidas. Las partículas cargadas transportadas dentro de estas bolsas de aire más calientes están unidas por líneas de campo magnético, y para esas bolsas cerca del ecuador magnético de la Tierra, la forma del campo magnético de la Tierra significa que el movimiento hacia arriba también empuja las partículas cargadas horizontalmente. Esto crea la deriva simétrica hacia el norte y hacia el sur de las dos bandas de partículas cargadas.

La causa exacta de la deriva asimétrica observada por GOLD sigue siendo un misterio, aunque se sospecha que la respuesta radica en alguna combinación de los muchos factores que dan forma al movimiento de los electrones en la ionosfera: reacciones químicas en curso, campos eléctricos y vientos de gran altitud. soplando a través de la región.

Aunque sorprendentes, estos hallazgos pueden ayudar a los científicos a mirar detrás de la cortina de la ionosfera y comprender mejor qué impulsa sus cambios. Debido a que es imposible observar todos los procesos con un sensor satelital o terrestre, los científicos dependen en gran medida de los modelos informáticos para estudiar la ionosfera, al igual que los modelos que ayudan a los meteorólogos a predecir el clima en el suelo. Para crear estas simulaciones, los científicos codifican lo que sospechan que es la física subyacente en funcionamiento y comparan la predicción del modelo con los datos observados.

Antes de GOLD, los científicos obtenían esos datos de satélites que pasaban ocasionalmente y de observaciones terrestres limitadas. Ahora, GOLD ofrece a los científicos una vista panorámica.

Fuente: “Observation of Postsunset OI 135.6 nm Radiance Enhancement Over South America by the GOLD Mission” by Xuguang Cai, Alan G. Burns, Wenbin Wang, Liying Qian, Jing Liu, Stanley C. Solomon, Richard W. Eastes, Robert E. Daniell, Carlos R. Martinis, William E. McClintock and Inez S. Batista, 29 December 202, Journal of Geophysical Research: Space PhysicsDOI: 10.1029/2020JA028108

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