El campo magnético de la Tierra actúa como una trampa poderosa. Atrae partículas cargadas eléctricamente en el espacio cercano y las atrapa en un recinto invisible con forma de dona alrededor del planeta, conocido como el anillo de corriente. Este enjambre cautivo de partículas cargadas juega un papel importante en cómo la Tierra reacciona a las condiciones cambiantes en el espacio, llamado clima espacial, que puede afectar la tecnología de la que dependemos, como satélites y redes eléctricas. Sin embargo, aún hay mucho que no sabemos sobre el anillo de corriente.
La NASA se prepara para lanzar una misión diseñada para proporcionar una vista única, de adentro hacia afuera, del anillo de corriente. Llamada STORIE (Storm Time O+ Ring current Imaging Evolution), está programada para lanzarse en mayo a bordo de la 34ª misión de servicios de reabastecimiento comercial de SpaceX a la Estación Espacial Internacional para la NASA. La misión vuela como parte de la carga útil STP-H11 (Programa de Pruebas Espaciales – Houston 11), una asociación entre la Fuerza Espacial de EE. UU. y la NASA.
Una vez que sea instalada robóticamente en el exterior de la estación espacial (se espera unos días después de su llegada), STORIE mirará hacia afuera al anillo de corriente, ayudando a los científicos a responder preguntas de larga data sobre cómo crece y se encoge, y de qué tipo de partículas está hecho.
Impacto del anillo de corriente en la tecnología
“Estas partículas tienen importantes impactos en el clima espacial”, dijo Alex Glocer, investigador principal de STORIE en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, donde se diseñó y construyó el instrumento. “Queremos entender cómo se acumula esa población atrapada y de dónde viene”. Estos detalles son especialmente importantes durante las tormentas solares, cuando las erupciones del Sol pueden provocar perturbaciones magnéticas en la Tierra.
Similar a los cinturones de radiación de Van Allen de la Tierra, pero lleno de partículas de menor energía, el anillo de corriente tiende a fluctuar en tamaño, forma e intensidad de manera más dramática que los cinturones de radiación durante las tormentas solares. Además, en el anillo de corriente, las partículas cargadas positivamente y las cargadas negativamente fluyen en direcciones opuestas, creando corrientes eléctricas. Por lo tanto, los cambios allí pueden provocar fluctuaciones magnéticas y corrientes inducidas en el suelo, afectando potencialmente a tuberías y líneas eléctricas.
El anillo de corriente también puede contribuir a la acumulación de carga en la superficie de los satélites en órbita terrestre, lo que puede provocar fallos en las naves espaciales. Además, cuando la energía aumenta en el anillo de corriente, parte de esa energía se transfiere a la atmósfera superior, haciendo que se caliente, se expanda y cree más arrastre en los satélites, lo que puede hacer que la nave espacial se desorbite antes de lo esperado.
¿Cómo estudiar lo invisible?
Sin embargo, es difícil estudiar el anillo de corriente directamente porque las partículas dentro de él son invisibles. “No puedes simplemente fotografiarlas con una cámara”, explicó Glocer. En su lugar, STORIE escaneará el brillo de los átomos neutros energéticos, o ENA, que se forman cuando las partículas cargadas atrapadas en el anillo de corriente logran escapar. Las partículas ganan su libertad robando un electrón de la atmósfera exterior de la Tierra, conocida como exosfera, y se vuelven neutras.
“Una vez que esas partículas cargadas se vuelven neutras, ya no sienten los efectos del campo magnético de la Tierra y ya no están atrapadas”, dijo Glocer. “Pueden volar en cualquier dirección”. Al medir la velocidad y dirección de los ENA, STORIE podría ayudar a responder preguntas de larga data sobre los orígenes de las partículas en el anillo de corriente, si son suministradas por una corriente de partículas que fluye desde el Sol, conocida como viento solar, o desde la Tierra.
Oxígeno: la clave del origen terrestre
El equipo de STORIE diseñó el instrumento para prestar especial atención a los átomos de oxígeno cargados positivamente (O+) porque, según Glocer, “cuando ves oxígeno, eso proviene de la atmósfera. Obtienes muy poco de eso del viento solar”. Si STORIE encuentra muchos átomos de oxígeno, los científicos sabrán que el anillo de corriente es suministrado en gran medida por la atmósfera terrestre, en lugar del viento solar.
Glocer y otros científicos también quieren descubrir si la población de partículas cargadas del anillo de corriente se acumula en ráfagas rápidas o lenta y gradualmente. “¿Es como llenar un lago con el flujo constante de una cascada o un montón de gotas de lluvia?”, preguntó Glocer.
Una perspectiva única desde la Estación Espacial
Misiones anteriores de la NASA, como IMAGE (Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration) y TWINS (Two Wide-angle Imaging Neutral-atom Spectrometers), han observado los ENA del anillo de corriente desde una vista de arriba hacia abajo, lo que les permitió ver todo el anillo de corriente a la vez. Sin embargo, desde esa perspectiva, la luz ultravioleta reflejada por la Tierra, en el centro del anillo, puede interferir con las observaciones de ENA, y la geometría de visualización dificulta ver las partículas atrapadas en el anillo de corriente cerca del ecuador terrestre.
“Desde la perspectiva de adentro hacia afuera de STORIE, tienes la Tierra detrás de ti y puedes ver esta población atrapada cerca del ecuador que era difícil de observar para otras misiones”, dijo Glocer.
Algunos experimentos con cohetes sonda han obtenido breves vistas de adentro hacia afuera del anillo de corriente en el pasado, pero solo tuvieron unos minutos para observar y solo pudieron ver una parte del anillo de corriente durante cada vuelo. La vista de STORIE revelará una sección del anillo de corriente a la vez, pero a medida que la estación espacial orbita la Tierra, STORIE construirá una imagen completa del anillo de corriente aproximadamente cada 90 minutos.
Durante su misión de seis meses, STORIE monitoreará cómo evoluciona el anillo de corriente con el tiempo y permitirá a los científicos comparar su comportamiento durante las tormentas solares versus cuando el Sol está tranquilo. Los conocimientos de STORIE nos ayudarán a comprender mejor cómo la Tierra responde a las tormentas solares, mejorar las predicciones del clima espacial y ayudar a mitigar los efectos del clima espacial en la tecnología de la que depende la humanidad.
