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Ciencia & Tec

Nueva fuente de lluvia de electrones sobre la Tierra


Sus hallazgos demuestran que las ondas silbadoras son responsables de mucha más lluvia de electrones de lo que predicen las teorías actuales.

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Científicos de UCLA han descubierto una nueva fuente de electrones energéticos que llueven sobre la Tierra, un fenómeno que contribuye a las auroras pero que pone en peligro a satélites y astronautas.

Los investigadores observaron una «precipitación de electrones» inesperada y rápida desde la órbita terrestre baja utilizando la misión ELFIN, un par de pequeños satélites construidos y operados en el campus de UCLA (Universidad de California Los Ángeles) por estudiantes de pregrado y posgrado guiados por un pequeño equipo de mentores del personal.

Al combinar los datos de ELFIN con observaciones más distantes de la nave espacial THEMIS de la NASA, los científicos determinaron que el ‘aguacero’ repentino fue causado por ondas de silbido, un tipo de onda electromagnética que se propaga a través del plasma en el espacio y afecta a los electrones en la magnetosfera de la Tierra, causando que se «derrame» en la atmósfera.

Sus hallazgos, publicados en Nature Communications, demuestran que las ondas silbadoras son responsables de mucha más lluvia de electrones de lo que predicen las teorías actuales y los modelos de clima espacial.

«ELFIN es el primer satélite en medir estos electrones súper rápidos», dijo en un comunicado Xiaojia Zhang, autor principal e investigador del departamento de ciencias terrestres, planetarias y espaciales de la UCLA. «La misión está generando nuevos conocimientos debido a su punto de vista único en la cadena de eventos que los produce».

El centro de esa cadena de eventos es el entorno espacial cercano a la Tierra, que está lleno de partículas cargadas que orbitan en anillos gigantes alrededor del planeta, llamados cinturones de radiación de Van Allen. Los electrones en estos cinturones viajan en espirales tipo Slinky que literalmente rebotan entre los polos norte y sur de la Tierra. Bajo ciertas condiciones, las ondas de silbido se generan dentro de los cinturones de radiación, energizando y acelerando los electrones. Esto alarga tanto la ruta de viaje de los electrones que se salen de los cinturones y se precipitan en la atmósfera, creando la lluvia de electrones.

Uno puede imaginar los cinturones de Van Allen como un gran depósito lleno de agua o, en este caso, de electrones, dijo Vassilis Angelopolous, profesor de física espacial de la UCLA e investigador principal de ELFIN. A medida que el depósito se llena, el agua cae periódicamente en espiral hacia un desagüe de alivio para evitar que la cuenca se desborde. Pero cuando se producen grandes olas en el embalse, el agua que chapotea se derrama por el borde, más rápido y en mayor volumen que el drenaje de alivio. ELFIN, que está ‘aguas abajo’ de ambos flujos, puede medir adecuadamente las contribuciones de cada uno.

Las mediciones de la lluvia de electrones a baja altitud realizadas por ELFIN, combinadas con las observaciones de THEMIS de ondas de silbido en el espacio y un sofisticado modelo informático, permitieron al equipo comprender en detalle el proceso por el cual las ondas provocan que torrentes rápidos de electrones fluyan hacia la atmósfera.

Los hallazgos son particularmente importantes porque las teorías actuales y los modelos del clima espacial, si bien tienen en cuenta otras fuentes de electrones que ingresan a la atmósfera, no predicen este flujo adicional de electrones inducido por ondas de silbato, que puede afectar la química atmosférica de la Tierra, plantear riesgos para las naves espaciales y causar daños a los satélites en ñorbita baja.

Los investigadores demostraron además que este tipo de pérdida de electrones del cinturón de radiación a la atmósfera puede aumentar significativamente durante las tormentas geomagnéticas, perturbaciones causadas por una mayor actividad solar que pueden afectar el espacio cercano a la Tierra y el entorno magnético de la Tierra.

«Aunque comúnmente se piensa que el espacio está separado de nuestra atmósfera superior, los dos están inextricablemente vinculados», dijo Angelopoulos. «Comprender cómo están conectados puede beneficiar a los satélites y astronautas que pasan por la región, que son cada vez más importantes para el comercio, las telecomunicaciones y el turismo espacial».

Los dos microsatélites, cada uno del tamaño de una barra de pan y con un peso aproximado de 3,6 kilos, se pusieron en órbita en 2018 y desde entonces han estado observando la actividad de los electrones energéticos y ayudando a los científicos a comprender mejor el efecto de las tormentas magnéticas en el espacio cercano a la Tierra.

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