Si ve la aurora boreal en lo alto, es probable que se encuentre en un clima polar frío. Pero las delicias del clima frío, también conocidas como auroras boreales, muy por encima de ti son en realidad una importante fuente de calor. Una nueva misión de la NASA espera volar a través de una aurora activa para estudiar de cerca este proceso de intercambio de energía. La ventana de lanzamiento para el acoplamiento de iones neutros durante Active Aurora, o misión INCAA, se abre en Poker Flat Research Range en Poker Flat, Alaska, el 23 de marzo.
Como residentes de la troposfera, la capa atmosférica más baja de la Tierra, estamos acostumbrados a que el aire esté hecho de partículas neutras. El oxígeno y el nitrógeno que respiramos son átomos y moléculas magnéticamente equilibrados con todos sus electrones contabilizados. Pero a cientos de millas por encima de nosotros, nuestro aire comienza a cambiar fundamentalmente de carácter. Energizados por los rayos del sol sin filtrar, los electrones son arrancados de sus átomos, que luego adquieren una carga positiva. Un gas que antes era neutro se transforma en un estado de materia eléctricamente reactivo conocido como plasma.
No existe un límite estricto donde termina el gas neutro y comienza el plasma. En cambio, hay una capa límite extendida donde las dos poblaciones se entremezclan. Los vientos diarios y las perturbaciones magnéticas envían las dos poblaciones de partículas en diferentes direcciones, chocando ocasionalmente y creando como resultado una física interesante.
“La fricción es una gran analogía”, dijo Stephen Kaeppler, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad de Clemson en Carolina del Sur e investigador principal de la misión INCAA. “Todos sabemos que si nos frotamos las manos, obtendrá calor. Es la misma idea básica, excepto que ahora estamos lidiando con gases”.
Esta capa límite, donde se encuentran la atmósfera neutra y el plasma, experimenta una fricción constante. Pero las auroras activas hacen que todo suba de nivel.
Las auroras se forman cuando los electrones del espacio cercano a la Tierra se vierten repentinamente en nuestra atmósfera. Eventualmente chocan con partículas neutras, prendiéndolas fuego.
“Es como asaltar el campo de fútbol después de un partido universitario”, dijo Kaeppler. “La gente en la parte superior del estadio corre hacia el campo y, a medida que te acercas al campo, la multitud se vuelve más y más espesa. Así es como los electrones se enfrentan a la creciente densidad neutra de la atmósfera superior”.
Sumergiéndose en la atestada atmósfera, estos electrones chocan con átomos neutros, generando fricción y calor dentro de la aurora. Pero también agitan la capa límite más amplia, mejorando la mezcla y la fricción a escalas más grandes. Descubrir cómo las auroras influyen en la capa límite es clave para comprender cuánta energía liberan finalmente en nuestra atmósfera superior.
Con este fin, Kaeppler y su equipo están lanzando INCAA, con la esperanza de volar a través de una aurora y medir cómo cambia esta capa límite donde el plasma se encuentra con el gas neutro.
INCAA se compone de dos cargas útiles, cada una montada en un cohete de sondeo independiente. Los cohetes de sondeo son pequeños vehículos de lanzamiento diseñados para ascender al espacio durante unos minutos de mediciones antes de volver a caer a la Tierra. Los cohetes de sondeo son ideales para estudiar fenómenos breves y transitorios como las auroras, que pueden formarse en un lugar y luego desaparecer en cuestión de minutos.
El equipo esperará en la plataforma de lanzamiento hasta que una aurora esté sobre su cabeza y luego lanzará los dos cohetes en rápida sucesión. En su camino hacia arriba, el primer cohete liberará trazadores de vapor, sustancias químicas coloridas similares a las que se usan en los espectáculos de fuegos artificiales, antes de alcanzar su altitud máxima de aproximadamente 186 millas. Los trazadores de vapor crean nubes visibles que los investigadores pueden ver desde el suelo, rastreando los vientos en la atmósfera neutral, como arrojar colorante alimentario en un fregadero lleno de agua para ver cómo se mueve el agua. El segundo cohete se lanzará poco después, alcanzando unas 125 millas de altitud para medir la temperatura y la densidad del plasma dentro y alrededor de la aurora.
Lo que mostrarán los datos es una incógnita, pero Kaeppler espera aprender cómo la aurora cambia esta capa límite donde el aire electrificado se encuentra con el neutral. Podría empujarlo más hacia el suelo, elevarlo más o tal vez hacer que se pliegue sobre sí mismo. Cualquiera de estas posibilidades influye en cómo nuestro planeta intercambia energía con el espacio que lo rodea, pero todo depende de los detalles. “Todos estos factores hacen que este sea un problema de física interesante para examinar”, dijo Kaeppler.
