Una magnetosfera se forma alrededor de cualquier objeto magnetizado, como un planeta, que se sumerge dentro de una corriente de gas ionizado, llamada plasma. Debido a que la Tierra posee un campo magnético intrínseco, el planeta está rodeado por una gran magnetosfera que se extiende hacia el espacio, bloquea los rayos cósmicos letales y las partículas del sol y las estrellas, y permite que exista la vida misma.
En Physics of Plasmas, científicos de Princeton, UCLA y el Instituto Superior Técnico, Portugal, informan sobre un método para estudiar magnetosferas más pequeñas, a veces de solo milímetros de espesor, en el laboratorio.
Estas minimagnetosferas se han observado alrededor de cometas y cerca de ciertas regiones de la luna y se ha sugerido que propulsan naves espaciales. Son buenos bancos de pruebas para estudiar magnetosferas del tamaño de planetas más grandes.
Se han llevado a cabo experimentos de laboratorio anteriores utilizando túneles de viento de plasma o láseres de alta energía para crear mini-magnetosferas. Sin embargo, estos experimentos anteriores se limitaron a mediciones 1D de campos magnéticos que no capturan el comportamiento 3D completo que los científicos necesitan comprender.
«Para superar estas limitaciones, hemos desarrollado una nueva plataforma experimental para estudiar mini-magnetosferas en el dispositivo de plasma grande (LAPD) en la UCLA», dijo el autor Derek Schaeffer.
Esta plataforma combina el campo magnético del LAPD con un plasma rápido impulsado por láser y un imán dipolar impulsado por corriente.
Simulación de un plasma impulsado por láser que se expande en un campo magnético dipolar. Crédito: Filipe Cruz
El campo magnético LAPD proporciona un modelo del campo magnético interplanetario del sistema solar, mientras que el plasma impulsado por láser modela el viento solar y el imán dipolar proporciona un modelo para el campo magnético inherente de la Tierra. Las sondas motorizadas permiten escanear el sistema en tres dimensiones al combinar datos de decenas de miles de disparos láser.
Una ventaja de usar esta configuración es que el campo magnético y otros parámetros pueden variarse y controlarse cuidadosamente.
Si se apaga el imán dipolar, desaparecen todos los signos de una magnetosfera. Cuando se enciende el campo magnético del dipolo, se puede detectar una magnetopausa, que es una evidencia clave de la formación de una magnetosfera.
Una magnetopausa es el lugar en la magnetosfera donde la presión del campo magnético planetario se equilibra exactamente con el viento solar. Los experimentos revelaron que a medida que aumenta el campo magnético del dipolo, la magnetopausa se vuelve más grande y más fuerte.
El efecto sobre la magnetopausa se predijo mediante simulaciones por computadora, que llevaron a cabo los investigadores para comprender y validar sus resultados experimentales de manera más completa. Estas simulaciones también guiarán los experimentos futuros, incluidos los estudios que utilizan un cátodo instalado recientemente en LAPD.
«El nuevo cátodo permitirá flujos de plasma más rápidos, lo que a su vez nos permitirá estudiar los arcos de choque observados alrededor de muchos planetas», dijo Schaeffer.
Otros experimentos estudiarán la reconexión magnética, un proceso importante en la magnetosfera de la Tierra en el que los campos magnéticos se aniquilan para liberar una enorme energía.
