Fenómeno meteorológico espacial observado en laboratorio por primera vez – Física Mundial

Fenómeno meteorológico espacial observado en laboratorio por primera vez – Física Mundial

Marca de tiempo: 21 de marzo de 2024 5:30 a. M.


Impresión artística de un plasma confinado en las instalaciones RT-1. El plasma aparece como una nube púrpura brillante dentro de una cámara toroidal rodeada por líneas de campo magnético y que contiene partículas rojas (que representan electrones de alta temperatura) que emiten líneas blancas (que representan las ondas de coro).
Observación de la emisión de coro espontánea en RT-1: cuando el plasma confinado en el campo magnético dipolo de RT-1 contiene una fracción significativa de electrones de alta temperatura (partículas rojas), se forma una emisión de coro (líneas de emisión blancas) con una frecuencia variable. (altura del sonido) similar al canto de los pájaros. Cortesía: Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión

Los fenómenos meteorológicos espaciales conocidos como emisiones de coro en modo silbato se han observado por primera vez en el laboratorio. Estas emisiones ocurren naturalmente dentro de regiones del espacio dominadas por campos magnéticos planetarios (magnetosferas) y están relacionadas con las auroras que iluminan nuestros cielos del norte y del sur cada invierno. Sin embargo, sus orígenes exactos no se conocen bien y, hasta ahora, estudiarlos ha implicado observaciones de naves espaciales o simulaciones numéricas. Al recrear las condiciones que producen estas emisiones, los investigadores del Instituto Nacional de Ciencia de Fusión de Japón y la Universidad de Tokio esperan comprenderlas mejor y cómo afectan a los satélites en órbita, así como a las redes terrestres de energía y comunicación.

Las emisiones de coro en modo Whistler son ondas intensas y coherentes que producen y transportan electrones de alta energía a través de magnetosferas planetarias. Reciben su nombre porque sus frecuencias varían repetidamente de una manera que recordaba a los primeros investigadores el "coro del amanecer" del canto de los pájaros. Estas ondas de plasma se han observado en la magnetosfera de Júpiter y en la región afectada por el campo magnético terrestre, pero nunca antes en condiciones controladas en un laboratorio.

Recreando plasmas tipo magnetosfera

La primera tarea para los líderes de equipo. Haruhiko Saitoh y Zensho Yoshida Era crear un campo magnético que imitara adecuadamente la magnetosfera. El tipo más fundamental de campo magnético que se forma en las magnetosferas planetarias es un campo dipolar, y en las instalaciones Ring Trap 1 (RT-1) de la Universidad de Tokio, este tipo de campo se usa comúnmente para confinar plasmas de manera estable para experimentos de fusión avanzados.

En su trabajo, que describen en Nature Communications, Saitoh y sus colegas generaron este campo utilizando una bobina superconductora levitada magnéticamente de 110 kg ubicada dentro del recipiente de vacío del RT-1. Al llenar el recipiente de vacío con gas hidrógeno y excitar el gas con microondas, crearon un plasma de hidrógeno de alta calidad que contenía electrones calentados a altas temperaturas. "Crear un entorno similar a la magnetosfera en el laboratorio fue un desafío", dice Saitoh. Mundo de la física, "pero RT-1 puede lograr esto gracias a la bobina superconductora levitante en una cámara de vacío".

Las emisiones de coros podrían ser un fenómeno universal

Los investigadores utilizaron sondas magnéticas para estudiar cómo fluctúa el plasma, incluido el componente electrónico caliente. Descubrieron que el plasma producía espontáneamente emisiones de coros de ondas silbantes siempre que contenía una proporción significativa de electrones a alta temperatura. Estos electrones son responsables de la presión del plasma, y ​​el equipo observó que aumentar su número impulsa la generación de emisiones de coro.

Según los investigadores, este resultado sugiere que las emisiones de coro son un fenómeno universal en los plasmas que contienen electrones de alta temperatura dentro de un campo magnético dipolo simple. Los plasmas de este tipo son habituales en el geoespacio, que el equipo define como “el espacio alrededor de la Tierra que está especialmente vinculado a las actividades humanas”. A medida que tales actividades se intensifican, señalan, se vuelve más importante el estudio de las perturbaciones magnetosféricas capaces de provocar auroras, así como fallos de energía y comunicaciones. "Las emisiones de coro son importantes para comprender y potencialmente mitigar estos efectos", dicen.

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