Ciencia

Avance de la física: cómo las erupciones solares emiten suficiente energía para alimentar a la Tierra durante 20,000 años

Las erupciones solares, las explosiones más grandes conocidas en el sistema solar, son provocadas por un proceso llamado «reconexión magnética» que ocurre en el plasma. El plasma es una forma de gas sobrecalentado tan energizado que sus átomos se rompen, formando una sopa de iones cargados positivamente y electrones cargados negativamente que es exquisitamente sensible a los campos magnéticos. La reconexión ocurre cuando la geometría de un campo magnético en el plasma se reorganiza como resultado de que las líneas de campo se acerquen demasiado. Para asumir una nueva configuración, las líneas de campo se rompen y se vuelven a conectar y, al hacerlo, liberan parte de la energía almacenada del campo en forma de calor y energía cinética, enviando partículas a lo largo de las líneas de campo.

Si bien es raro en la Tierra, el plasma es común en el universo, y se sabe que la reconexión magnética ocurre en una variedad de lugares, desde alrededor de los agujeros negros hasta el espacio cercano a la Tierra y en la superficie del Sol.

El tipo de reconexión que desencadena las erupciones solares implica plasmas «sin colisiones» en los que, como sugiere el nombre, las partículas están tan dispersas que no chocan.

El proceso también es particularmente rápido, por lo que se conoce como «reconexión rápida».

Como explica la Dra. Barbara Giles, astrofísica del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Maryland: “Hace tiempo que sabemos que la reconexión rápida ocurre a un ritmo determinado que parece ser bastante constante.

“Pero lo que realmente impulsa esa tasa ha sido un misterio hasta ahora”.

En su estudio, el profesor de física Yi-Hsin Liu del Dartmouth College de New Hampshire y sus colegas de la Misión Magnetosférica Multiescala de la NASA presentan una teoría para explicar esta tasa de reconexión constante, que se basa en un fenómeno magnético común.

Este fenómeno, el «Efecto Hall», involucra la interacción entre campos magnéticos y corrientes eléctricas, y describe cómo los portadores de carga en un conductor como el plasma pueden verse influenciados por la presencia de un campo magnético.

El efecto Hall se utiliza en dispositivos domésticos como los sensores que cronometran los sistemas de frenos antibloqueo de los vehículos, los que detectan cuando se cierra la tapa de un teléfono e incluso los que permiten el funcionamiento de las impresoras 3D.

Según el equipo, durante la reconexión magnética rápida, los iones y electrones cargados en el plasma dejan de moverse como grupo y comienzan a moverse individualmente.

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En su estudio, el profesor de física Yi-Hsin Liu del Dartmouth College de New Hampshire y sus colegas de la Misión Magnetosférica Multiescala de la NASA presentan una teoría para explicar esta tasa de reconexión constante, que se basa en un fenómeno magnético común.

Este fenómeno, el «Efecto Hall», involucra la interacción entre campos magnéticos y corrientes eléctricas, y describe cómo los portadores de carga en un conductor como el plasma pueden verse influenciados por la presencia de un campo magnético.

El efecto Hall se utiliza en dispositivos domésticos como los sensores que cronometran los sistemas de frenos antibloqueo de los vehículos, los que detectan cuando se cierra la tapa de un teléfono e incluso los que permiten el funcionamiento de las impresoras 3D.

Según el equipo, durante la reconexión magnética rápida, los iones y electrones cargados en el plasma dejan de moverse como grupo y comienzan a moverse individualmente.

Esto da lugar al Efecto Hall, creando un vacío de energía inestable en el punto de reconexión, que luego implosiona gracias a la presión de los campos magnéticos y libera inmensas cantidades de energía a un ritmo predecible.

El profesor Liu, director adjunto del equipo de teoría y modelado de MMS, dijo: “Finalmente entendemos qué hace que este tipo de reconexión magnética sea tan rápido.

«Ahora tenemos una teoría para explicarlo completamente».

La Misión Multiescala Magnetosférica de la NASA probará esta teoría en los próximos años, utilizando sus cuatro satélites especialmente diseñados que orbitan la Tierra en una formación tetraédrica estudiando la reconexión, como sucede, a una resolución más alta que sería posible en la Tierra.

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Esto da lugar al Efecto Hall, creando un vacío de energía inestable en el punto de reconexión, que luego implosiona gracias a la presión de los campos magnéticos y libera inmensas cantidades de energía a un ritmo predecible.

El profesor Liu, director adjunto del equipo de teoría y modelado de MMS, dijo: “Finalmente entendemos qué hace que este tipo de reconexión magnética sea tan rápido.

«Ahora tenemos una teoría para explicarlo completamente».

La Misión Multiescala Magnetosférica de la NASA probará esta teoría en los próximos años, utilizando sus cuatro satélites especialmente diseñados que orbitan la Tierra en una formación tetraédrica estudiando la reconexión, como sucede, a una resolución más alta que sería posible en la Tierra.

El Dr. Giles dijo: «En última instancia, si podemos entender cómo funciona la reconexión magnética, entonces podemos predecir mejor los eventos que pueden impactarnos en la Tierra, como las tormentas geomagnéticas y las erupciones solares».

La energía de las erupciones solares puede interrumpir las transmisiones en la atmósfera superior y, por lo tanto, descartar, por ejemplo, las señales enviadas desde los satélites GPS.

El astrofísico agregó: «Y si podemos entender cómo se inicia la reconexión, también ayudará a la investigación energética porque los investigadores podrían controlar mejor los campos magnéticos en los dispositivos de fusión».

Los hallazgos completos del estudio se publicaron en la revista Communications Physics.

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