En los fríos cielos polares, el cohete de la NASA observará una aurora activa aumentando el calor

Si ves la aurora boreal en el cielo, lo más probable es que estés en un clima frío y polar. Pero las delicias del clima frío, también conocidas como auroras boreales, muy por encima de ti son en realidad una fuente importante 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 de Ion-Neutral Coupling durante la misión Active Aurora, o 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 al aire compuesto de partículas neutras. El oxígeno y el nitrógeno que respiramos son átomos y moléculas balanceados magnéticamente con todos sus electrones contabilizados. Pero a cientos de kilómetros 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 corte definido donde termina el gas neutro y comienza el plasma. En cambio, hay una extensión capa límite donde se mezclan las dos poblaciones. 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 frotarse las manos le dará calor. Es la misma idea básica, solo que ahora estamos lidiando con el gas».

Esta capa límite, donde se encuentran la atmósfera neutra y el plasma, experimenta una fricción constante. Pero las auroras activas lo transforman todo un poco.

Las auroras se forman cuando los electrones del espacio cercano a la Tierra caen repentinamente en nuestra atmósfera. Terminan chocando con partículas neutrasprendiéndoles 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 densa. Así es como los electrones se enfrentan a la creciente densidad neutra de la atmósfera superior».

Sumergiéndose en la atmósfera atestada, estos electrones chocan con átomos neutros, generando fricción y calor dentro de la Aurora. Pero también sacuden la capa límite más amplia, aumentando la mezcla y la fricción a mayor escala. Descubrir cómo las auroras influyen en la capa límite es clave para comprender cuánta energía liberan en nuestra atmósfera superior.

Con ese fin, Kaeppler y su equipo están lanzando INCAA, con la esperanza de volar a través de una aurora y medir cómo cambia esa capa límite donde el plasma se encuentra con el gas neutro.

El INCAA está compuesto por dos cargas útiles, cada una montada en un cohete sonoro. 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 desaparecer en cuestión de minutos.

El equipo esperará en la plataforma de lanzamiento hasta que haya una aurora en el cielo, luego lanzará los dos cohetes en rápida sucesión. En su camino, el primer cohete liberará marcadores de vapor, sustancias químicas de colores similares a las que se utilizan en los espectáculos de fuegos artificiales, antes de alcanzar su altitud máxima de unos 186 kilómetros. Los rastreadores de vapor crean nubes visibles que los investigadores pueden ver desde el suelo, rastreando los vientos en la atmósfera neutral, como arrojar colorante de alimentos 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 cohete. plasma en y alrededor del amanecer.

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, levantarlo más alto o tal vez doblarlo. 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 de analizar», dijo Kaeppler.