Hay mucho que no sabemos acerca de muchos de los efectos magnéticos que vemos en todo el universo. Las luces del norte, hermosas familiares, por ejemplo, son en realidad un poco de un enigma. Son impulsados por un proceso misterioso magnética en la que una enorme cantidad de energía que se libera de forma explosiva cuando las partículas del sol golpean la magnetosfera de la Tierra. Esto es tan poderoso que puede incluso romper el escudo magnético de la Tierra que normalmente nos protege de las partículas nocivas, cargadas.
Exactamente cómo funciona esta fundamentales proceso ha sido durante mucho tiempo un enigma para los físicos. Ahora, un nuevo estudio publicado en Science, finalmente, ha hecho un gran avance mediante el análisis de los datos de una misión de la NASA para volar a través de una región del espacio donde se producen estas explosiones. Los hallazgos aumentan nuestra comprensión de los fenómenos que van desde eventos astrofísicos lejanos hasta el local del clima espacial y la fusión nuclear.
Plasmas, conocido como el " cuarto estado de la materia ", se compone de partículas cargadas eléctricamente - electrones sueltos (con carga negativa) y átomos que han perdido electrones (con carga positiva), que no tienen carga total. Puede que no sea tan familiarizados con los plasmas en su vida cotidiana como lo es con los sólidos, líquidos y gases, pero son, con mucho, la forma más común de la materia ordinaria en el universo, lo que representa el 99,9% del mismo. Son un poco como un gas caliente y de hecho se pueden crear mediante el calentamiento de un gas o sometiéndolo a un fuerte campo electromagnético.
Plasmas se utilizan en las lámparas fluorescentes, motores de combustión supersónica,TV plasma y durante la producción de la electrónica. Y a pesar de que tienen un montón de mayor potencial tecnológico, todavía hay algunas propiedades desconocidas de estado de plasma que tenemos que averiguar antes de que podamos llegar más lejos, como en el aprovechamiento de nuevas fuentes de energía o la salvaguardia de nuestra infraestructura tecnológica.
Uno de ellos es un proceso llamado " reconexión magnética ", que puede ocurrir cuando plasmas con diferentes campos magnéticos colisionan. Como los campos magnéticos de cada plasma quedan cerca uno del otro, todo el patrón de campo líneas cambios magnéticos y todo se vuelve a alinear en una nueva configuración magnética - la liberación de grandes cantidades de energía.
Este proceso combustibles la aurora boreal y muchos eventos de clima espacial, de las erupciones solares y eyecciones de masa coronal a las tormentas geomagnéticas que pueden causar en la Tierra. Estos eventos influyen en nuestros sistemas tecnológicos (tanto en el espacio y en el suelo) y pueden poner en peligro la propiedad y la salud humana. El enorme poder desatada en este proceso es también una de las razones por las que es probable que no se debe tratar de hacer un sable de luz de la vida real y tomar parte en un duelo con él.
La física a pequeña escala
En escalas muy grandes, los plasmas pueden ser tratados como fluidos que pueden conducir la electricidad. Esto es cierto incluso de los plasmas muy débiles, como los de espacio, en el que tenemos sólo unas pocas partículas cargadas dentro del tamaño de un terrón de azúcar. En comparación, el mismo volumen del aire que respiramos contiene 27 trillones (o 27 seguido de 18 ceros) moléculas.
Pero nuestras teorías de este comportamiento a gran escala que no se pueden explicar del reconexión. Por eso, tenemos que mirar a la física que suceden en la pequeña escala de las partículas. Esto se convierte en un muy un problema complicado, incluso con nuestras instalaciones de computación más avanzada. Sin embargo, hemos sido capaces de hacer algunas predicciones sobre lo que creemos que sucede dentro de la reconexión - a saber, que todo el proceso es de hecho controlado por los electrones dentro de una región muy pequeña del espacio, el corazón del sitio de reconexión por así decirlo. Pero la verdadera prueba es observar lo que realmente ocurre en la naturaleza.
Misión Multiescala Magnetosférica de la NASA es un conjunto de cuatro satélites idénticos separados por sólo 10 km y volando en una formación de pirámide con instrumentos avanzados de a bordo. Esta configuración, diseñado para volar a través de sitios de reconexión magnética, nos permite sondear la física de los electrones en el proceso. El estudio encontró que esta misión voló a través del corazón de un sitio de reconexión en el borde del escudo magnético de la Tierra, lo que permite a los investigadores observar exactamente cómo la energía de los campos magnéticos se convierte en energía de las partículas en el plasma. Esta es la primera misión de observar directamente cómo se produce la reconexión, que es impresionante como los investigadores han tratado de hacer esto durante medio siglo.
Algunas de nuestras predicciones teóricas anteriores fueron confirmados con este hallazgo, incluyendo los electrones que conducen el proceso de reconexión, también se encontraron sin embargo, un número de sorpresas. La aceleración y la cantidad de energía dada a los electrones fue mayor de lo esperado.
Dado que el proceso es fundamental para todos los plasmas, este es un hito importante para los físicos que trabajan en muchas áreas diferentes. Por ejemplo, podría en el futuro mejorar nuestra capacidad de predecir cuándo y dónde el clima espacial puede afectarnos. La comprensión cuando la reconexión magnética puede ocurrir y cómo sucede es clave para hacer tales predicciones.
También vamos a ser capaces de aplicar este conocimiento universal a entornos lejos de la Tierra en el universo de plasma o de hecho mucho más cerca de casa - sobre todo dentro de los reactores de fusión nuclear. Tales reactores, que permiten a los núcleos atómicos (átomos que no tienen electrones) en un plasma caliente para chocan para formar un nuevo núcleo, mientras que la liberación de energía de la misma manera como el sol. Reconexión puede molestar a los fuertes campos magnéticos que utilizamos para mantener este plasma extremadamente caliente en la bahía.
Así, mientras que volar la nave espacial en una explosión en el espacio puede sonar como la trama de una película de ciencia ficción terribles o el esquema de un super villano nefasto, es un logro muy emocionante para los físicos de plasma que nos permita saltar los obstáculos tecnológicos que nos enfrentamos .
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