Investigadores de la Universidad de Iowa, en Estados Unidos, han descubierto el mecanismo físico que produce las sensacionales auroras que brillan en el cielo. Comprobaron experimentalmente que actúan fuertes ondas electromagnéticas que generan el fenómeno, durante tormentas geomagnéticas que tienen lugar en la magnetósfera de la Tierra.
Según una nota de prensa, las auroras nacen a partir de la acción de las denominadas ondas de Alfvén, que aceleran los electrones hacia la Tierra y provocan que determinadas partículas produzcan el conocido espectáculo de luces atmosféricas. La investigación se publica en la revista Nature Communications.
Después de décadas de investigaciones, los científicos lograron demostrar de forma experimental los mecanismos que provocan la aceleración de electrones por ondas Alfvén en la magnetósfera terrestre, que determinan el surgimiento del fabuloso espectáculo lumínico de las auroras boreales y otros fenómenos similares.
Electrones surfistas
Se sabía que las auroras boreales se producen cuando las partículas cargadas por el Sol colisionan contra la atmósfera de la Tierra, provocando que nuestro campo magnético las envíe hacia los polos. En consecuencia, se habla de auroras boreales para el Polo Norte y de auroras australes para el Polo Sur.
Sin embargo, hasta el momento era una incógnita el proceso físico específico que las generaba. De acuerdo a los científicos estadounidenses, el mecanismo podría compararse con la aceleración que experimenta un surfista al atrapar una ola en el mar: se mueve a la velocidad que la ola va dictando, «acelerando» junto a ella.
En la magnetósfera terrestre, una pequeña población de electrones se ve influenciada por el campo eléctrico que generan las ondas Alfvén: son como el surfista que intenta domar a la ola en el mar, acelerando continuamente a partir de la influencia de estas ondas. Como resultado final de esta aceleración y la actividad de diferentes partículas, las magníficas auroras entregan su estallido de luces en el cielo.
Las llamadas ondas de Alfvén son emisiones electromagnéticas que llegan violentamente desde el Sol, transportando energía electrodinámica que es captada por el campo magnético de la Tierra y provoca distintas reacciones. Fueron mencionadas por primera vez por el Premio Nobel de Física Hannes Alfvén, quien las mencionó en una publicación de 1942 en la revista Nature.
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Mediciones más precisas
La teoría ahora verificada no es nueva: el físico ruso Lev Landau ya había propuesto en 1946 que determinadas ondas «cargaban» de energía extra a los electrones y daban comienzo a las reacciones que concluyen en las auroras. Con simulaciones numéricas y modelos matemáticos, los investigadores demostraron en la nueva investigación que los resultados obtenidos van de la mano con esas teorías previas.
El descubrimiento fue apoyado además por distintos registros de misiones espaciales que hallaron ondas Alfvén viajando hacia la Tierra en el momento de las auroras, pero las mediciones no contaban con la precisión necesaria. Ahora, el nuevo estudio ha obtenido pruebas contundentes que confirman la explicación del fenómeno.
En detalle, las partículas que provienen del Sol, como por ejemplo los electrones mencionados previamente, se precipitan a una increíble velocidad desde el campo magnético de la Tierra hacia la atmósfera superior. Cuando alcanzan esa ubicación, chocan violentamente contra las moléculas de oxígeno y nitrógeno.
La colisión tiene sus consecuencias directas: las moléculas indicadas sufren un proceso de «relajación»: es entonces cuando emiten luz y terminan generando los sugerentes colores que muestran las auroras. El hallazgo podría brindar precisiones sobre otros fenómenos que suceden en la magnetósfera de la Tierra y aún no han podido ser explicados por completo.
Referencia
Laboratory measurements of the physics of auroral electron acceleration by Alfven waves. Greg Howes, Craig Kletzing, James Schroeder, Frederick Skiff, Stephen Vincena and Seth Dorfman. Nature Communications (2021).DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-021-23377-5
Foto de portada: los físicos estadounidenses demostraron experimentalmente cómo se forman las auroras, un fenómeno celeste de inusual belleza. Crédito: NASA.
