Estudio explora chorros de magnetosfera de Marte

Los chorros de magnetovaina en la Tierra son entidades de plasma que tienen una presión dinámica más alta que rodea el plasma y pueden causar ondas que transfieren energía dentro de dichos entornos. Tales chorros también existen más allá de la Tierra en la magnetoenvoltura de Marte, según lo observado por Herbert Gunell y un equipo de investigación del Departamento de Física de la Universidad de Umea y el Instituto Sueco de Física Espacial, en Suecia, utilizando la base de datos de naves espaciales MAVEN. Los resultados del equipo ahora se publican en Science Advances.

La contraparte extraterrestre de este fenómeno terrestre varió comparativamente en Marte debido a su onda de choque de arco más pequeña y está asociada con mayores fluctuaciones del campo magnético, como chorros en el sistema solar para impactar los plasmas astrofísicos. En este trabajo, el equipo de investigación incorporó análisis basados en bases de datos de una sola nave espacial para validar la existencia de chorros en la magnetoenvoltura de Marte.

Mecanismo de formación y progresión de la vaina magnética en la Tierra: Implicaciones para Marte

Al principio, los astrofísicos habían asumido la existencia de chorros de magnetoenvoltura solo en la Tierra. Sin embargo, dado que todos los planetas tienen arcos de choque, al igual que algunos cometas, el fenómeno del choque es omnipresente en astrofísica. En este estudio, los datos obtenidos por la nave espacial MAVEN proporcionaron una visión clara de la existencia de chorros en la magnetoenvoltura de Marte.

Cuando los vientos solares se encuentran con el campo magnético de la Tierra, el cambio resultante de flujo supersónico a subsónico forma una onda de choque de arco. El viento solar frenado puede formar una funda magnética, una región comprimida con plasma calentado. Los chorros de magnetoenvoltura se producen a través de la presentación dinámica de la presión en el plasma que resulta de una mayor densidad y/o velocidad en la Tierra. Los astrofísicos inicialmente estudiaron el movimiento de los chorros a través de campos magnéticos en el laboratorio utilizando un vacío con plasmas de fondo para diseñar plasmoides. Los investigadores informaron por primera vez sobre el fenómeno en la Tierra a fines de la década de 1990, lo que ahora ha dado como resultado un importante cuerpo de trabajo.

Los chorros pueden generar ondas en la magnetoenvoltura para provocar ondas superficiales y la emisión de ondas Alfvén detectadas por magnetómetros terrestres. El concepto también está asociado con un fenómeno conocido como auroras de garganta. La mayoría de los mecanismos de formación de arco de choque y producción de magnetoenvoltura sugieren interacciones de los vientos solares con ondas en el arco de choque, en relación con estructuras magnéticas de gran amplitud corta (SLAMS), o anomalías de flujo caliente y reformación de arco de choque. Los chorros son parte integral de la reducción de escala del arco de choque en la funda magnética y para transferir la energía del viento solar a la energía de las olas a través del entorno de plasma.

Análisis de datos de la nave espacial MAVEN

Gunell y sus colegas presentaron tres ejemplos de chorros observados por la nave espacial MAVEN el 28 y el 29 de enero de 2017, así como el 10 de junio de 2020. Durante la línea de tiempo inicial de observación, el equipo proyectó las posiciones de la nave espacial en los planos principales de Marte. sistema de coordenadas orbitales solares. Presentaron esquemáticamente el resultado con líneas discontinuas y sólidas para mostrar un modelo de arco de choque en el estudio. Durante los análisis posteriores, la nave espacial no entró en el viento solar; por lo tanto, los parámetros del segundo período de tiempo se estimaron a partir de mediciones en la funda magnética.

El espectro de iones obtenido de la base de datos mostró muchas poblaciones de protones y partículas alfa. Las partículas alfa tardaron más en termalizarse después de pasar por el arco de choque en comparación con los protones debido a su mayor radio de giro. El equipo examinó más a fondo la proximidad comparativa de los chorros de magnetoenvoltura al planeta Marte en los dos marcos de tiempo en 2017 y 2020 para mostrar que el fenómeno estaba más cerca del planeta en el marco de tiempo anterior que en el último, según lo encontró y documentó la nave espacial MAVEN.

La evolución de un arco de choque

Para el 10 de junio de 2020, el equipo observó que la magnetoenvoltura del chorro se producía río abajo y a mayor altitud. Notaron dos pulsos de presión dinámica aumentada y la distancia más larga del arco de choque dio como resultado una mezcla de partículas alfa y protones en lugar de aparecer como poblaciones distintas. La presión dinámica mejorada del escenario dependía de una mayor densidad, donde las fluctuaciones del campo magnético mostraban una mayor amplitud dentro de los chorros.

Los astrofísicos continuaron monitoreando el arco de choque y el campo magnético interplanetario. El estudio de una sola nave espacial reveló una estimación simple del tamaño del chorro. Gunell y sus colegas compararon el tamaño del chorro con la escala de la vaina magnética para llegar a conclusiones sobre la forma del chorro y su origen. Por ejemplo, registraron un tamaño de chorro en el rango de 4000 a 18 000 km en la dirección de la velocidad de los iones, una escala mucho mayor que la distancia recorrida por la nave espacial del observatorio.

Panorama

De esta manera, Herbert Gunell y sus colegas demostraron cómo los fenómenos ubicuos y geoefectivos de los chorros de magnetoenvoltura en la Tierra pueden generar ondas y transferir energía dentro de la magnetoenvoltura. Si bien tales fenómenos existen más allá de la atmósfera de la Tierra en una magnetosfera marciana a una escala y un carácter diferentes, desempeñan funciones similares en ambos entornos planetarios.

Los investigadores proponen emplear estudios estadísticos más amplios en el futuro para la estimación cuantitativa de la geoefectividad de los chorros de magnetoenvoltura en Marte adecuados para diversas condiciones de viento solar para cubrir todas las regiones del espacio alrededor del planeta.

Con información de Nature