La ilustración muestra las misiones de la nave espacial Cluster (arriba) y THEMIS (abajo) volando a través de la magnetosheath de la tierra (región límite turbulenta entre el viento solar y la magnetosfera de nuestro planeta)
Por primera vez, los científicos pudieron determinar cuánta energía se transfiere de escalas grandes a pequeñas en la magnetosheath, la región límite entre el viento solar y la burbuja magnética protectora de nuestro planeta. Los datos han sido recopilados por Cluster y THEMIS durante varios años. El análisis mostró que la turbulencia es la clave, haciendo que el proceso sea 100 veces más eficiente que en el viento solar.
Los planetas de nuestro sistema son lavados por el viento solar, una corriente supersónica de partículas cargadas de alta energía liberadas por la estrella principal. Varios planetas, incluido el nuestro, se destacan porque tienen un campo magnético, un obstáculo para el viento solar.
Es el contacto entre el campo magnético de la tierra y el viento estelar lo que crea la compleja estructura de la magnetosfera. Esta es una burbuja protectora que protege al planeta de la mayoría de las partículas peligrosas. Los científicos pudieron estudiar suficientemente los procesos físicos en el plasma del viento solar y la magnetosfera. Pero todavía hay preguntas sobre la relación entre estos dos medios y la región turbulenta, llamada la magnetosheath.
Para comprender cómo se transmite la energía del viento solar a la magnetosfera, es necesario comprender qué está sucediendo en la magnetosheath. En el viento estelar, la turbulencia afecta la disipación de energía de escalas grandes a pequeñas, donde las partículas de plasma se calientan y aceleran a energías más altas.
Hubo sospechas de que el mismo mecanismo debería funcionar para la magnetosheath, pero esto no se pudo verificar. El plasma de la magnetosfera es más turbulento, está más expuesto a las fluctuaciones de densidad y más comprimido que el viento solar. Por lo tanto, solo en los últimos años los científicos han podido desarrollar límites teóricos para el estudio de los procesos físicos en un entorno similar.
Ilustración esquemática de un proceso de cascada de energía en un plasma turbulento visto en la magnetosheath de la tierra
Los científicos estudiaron el volumen de información obtenida por las misiones Cluster y THEMIS en 2007-2011. Aplicando las herramientas teóricas recién creadas, obtuvieron un resultado increíble. Resultó que la densidad y las fluctuaciones magnéticas causadas por la turbulencia en la magnetosfera aumentan la velocidad a la que la energía cae de grandes a pequeñas escalas, 100 veces más eficiente que en el viento solar. El análisis muestra que aproximadamente 10–13 J de energía por m 3 se transmiten cada segundo. Además, los investigadores obtuvieron una correlación empírica que vincula la velocidad de disipación de energía en la magnetosheath con una cuarta potencia de una magnitud diferente utilizada para estudiar el movimiento de los líquidos (número de Mach turbulento).
La velocidad es difícil de determinar si las sondas espaciales no se utilizan, pero el número de Mach es más fácil de calcular utilizando observaciones remotas de plasma astrofísico ubicado fuera de los límites planetarios.
Los científicos están esperando una comparación de sus hallazgos con las mediciones de plasma alrededor de otros planetas solares. Esto es posible para las misiones de Juno (Júpiter) y futuros vuelos a los satélites de Júpiter, así como a BepiColombo.
