Cohetes para descubrir el circuito eléctrico que alimenta la aurora boreal

Una misión de cohetes financiada por la NASA se dirige al espacio para medir el circuito eléctrico global que subyace a la aurora boreal. Para su segundo viaje al espacio, el instrumento Aurora Current and Electrodynamics Structures II, o ACES II, se lanzará desde Andoya Space en Andenes, Noruega. La ventana de lanzamiento se abre el 16 de noviembre de 2022 a las 6 p. m., hora local.

Muy por encima de nosotros, los electrones del espacio fluyen hacia nuestro cielo. A medida que se enrollan en las líneas del campo magnético de la Tierra, golpean los gases en nuestra atmósfera y los hacen brillar. Desde el suelo, los observadores ven cintas efervescentes de rubí y esmeralda: la aurora boreal y la austral, o luces del norte y del sur.

Pero las auroras son solo una parte de un sistema mucho más grande. Como una bombilla enchufada a un tomacorriente, son alimentados por un circuito eléctrico más grande que conecta nuestro planeta con el espacio cercano a la Tierra.

«Son estos electrones entrantes de alta energía los que producen la exhibición auroral con la que estamos familiarizados, pero también hay una parte del sistema que no se ve», dijo Scott Bounds, físico de la Universidad de Iowa e investigador principal de ACES II. misión.

Así como las partículas cargadas fluyen hacia adentro, una corriente de partículas cargadas fluye desde nuestra atmósfera hacia el espacio. Juntos, este flujo de entrada y salida completan un circuito eléctrico global conocido como corriente auroral.

Uno de los mayores misterios sobre la corriente auroral es lo que sucede en el «punto de inflexión», donde termina el flujo de entrada y comienza el flujo de salida. Este giro está en la ionosfera, una capa de nuestra atmósfera que comienza a unas 40 millas sobre nuestra cabeza y se extiende hacia el espacio, donde las partículas cargadas y los gases neutros coexisten e interactúan.

La ionosfera es como una bulliciosa ciudad fronteriza donde los viajeros de diferentes países, que no están familiarizados con las costumbres de los demás, se encuentran e intercambian sus mercancías. Las que llegan desde arriba son partículas del espacio cargadas eléctricamente. Acostumbrados a los caminos abiertos de par en par del espacio, rara vez chocan entre sí. Su carga eléctrica los mantiene atados a las líneas del campo magnético de la Tierra, alrededor de las cuales giran mientras caen en picada hacia nuestra atmósfera o hacia el espacio exterior.

Los que llegan desde altitudes más bajas son gases neutros de nuestro aire. Chocan entre multitudes densas, rebotando de un lado a otro cientos de veces por segundo. Sin carga eléctrica, se mueven libremente a través de las líneas del campo magnético a medida que son transportados por el viento.

En la ionosfera, estas dos poblaciones se fusionan: colisionan, se combinan entre sí y se separan nuevamente, e interactúan de formas complejas. Es una escena caótica. Y, sin embargo, esta mezcla turbulenta en la ionosfera es lo que mantiene la corriente auroral en movimiento.

Hasta la fecha, la mayoría de los estudios de la corriente auroral solo han medido el flujo de entrada y salida desde lo alto de la ionosfera, lo que simplifica las suposiciones sobre lo que sucede debajo. ACES II fue diseñado para remediar eso, tomando una «instantánea» de la corriente auroral completa en un momento dado. La estrategia es hacer volar dos cohetes: uno de «alto vuelo» que medirá las partículas que entran y salen de nuestra atmósfera, y un «bajo vuelo» que, al mismo tiempo, verá el intercambio dinámico en la ionosfera que mantiene todo fluye.

En el Centro Espacial Andoya en Andenes, Noruega, el óvalo auroral, el «anillo» magnético que rodea el polo magnético norte de la Tierra dentro del cual se forman las auroras, pasa por encima cada noche. Bounds y su equipo esperarán hasta que el óvalo de la aurora esté sobre su cabeza, su pista de que la corriente de la aurora fluye por encima de ellos.

Luego, el equipo lanzará el avión de alto vuelo, con el objetivo de alcanzar una altitud máxima de aproximadamente 255 millas (410 km). Su objetivo es ver las corrientes de partículas que entran y salen de nuestra atmósfera. Aproximadamente dos minutos después, lanzarán el avión de vuelo bajo a través de las partes bajas de la ionosfera, alcanzando un máximo de aproximadamente 99 millas (159 km).

Su objetivo es capturar el intercambio de energía que ocurre en el punto de inflexión, donde el flujo de entrada se convierte en flujo de salida. Las trayectorias de los dos cohetes están alineadas en el espacio y el tiempo, para garantizar que estén midiendo partes diferentes de la misma corriente. Como todos los cohetes de sondeo, tanto el que vuela alto como el que vuela bajo harán sus mediciones y regresarán a la Tierra unos minutos más tarde.

El instrumento ACES ha volado una vez antes, se lanzó desde Poker Flat Research Range en Fairbanks, Alaska, en 2009. Allí, voló a través de una aurora turbulenta y activa. Era como medir el clima durante un día particularmente tormentoso.

«Obtuvimos excelentes resultados, pero lo que queremos entender para este vuelo es el ‘caso promedio'», dijo Bounds. Andoya se encuentra mucho más cerca del polo norte magnético de la Tierra, lo que significa que las auroras más suaves y típicas que no se extienden tan al sur son más accesibles.

Si todo sale según lo planeado, ACES II ayudará a los científicos a modelar la corriente auroral en su conjunto, incluida su parte más complicada: nuestra ionosfera.

«Este es solo un caso, no responde todas las preguntas», dijo Bounds. «Pero nos proporciona un punto de datos que necesitamos».

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