Las ‘macro’ y las ‘micro’ turbulencias detectadas por Cluster

Esta turbulencia de tipo vórtice a pequeña escala, cuya existencia se predijo mediante modelos matemáticos, no se había observado antes en el espacio. Los resultados son importantes para los físicos espaciales pero también pueden tener aplicaciones en investigaciones sobre fusión nuclear.

El 9 de marzo de 2002, los cuatro satélites Cluster, navegando en formación y separados unos 100 kilómetros, estaban cruzando el ‘vértice magnético’ norte cuando realizaron este descubrimiento. Los vértices son las regiones de los polos en las que las líneas del campo magnético que rodean la Tierra forman un embudo magnético.

Estos vértices son las dos importantes regiones de la magnetosfera terrestre en las que el ‘viento solar’ - un flujo constante de partículas cargadas generadas por el sol que atraviesa todo el sistema solar - puede acceder directamente a la capa superior de la atmósfera terrestre (ionosfera).

Una gran cantidad de plasma (gas con partículas cargadas) y energía se transportan a través de estas y otras regiones 'accesibles' y penetran la magnetosfera, el escudo protector natural de la Tierra. En realidad sólo logra penetrar la magnetosfera menos del uno por ciento de toda la energía transportada por el viento solar, aunque esta cantidad tiene un gran impacto en sistemas terrestres, como las redes de telecomunicaciones y las líneas eléctricas.

Este material solar que logra penetrar genera turbulencias en el plasma que rodea la Tierra, de forma similar a como lo haría en los fluidos pero con la participación de fuerzas más complejas. Esta turbulencia se genera, por ejemplo, en las áreas de transición entre las capas de plasma con diferentes densidades y temperaturas, aunque los mecanismos para su formación no se conocen por completo.

La turbulencia existe a diferentes escalas, desde miles de kilómetros a unos pocos. En 2004, al realizar mediciones in situ de ‘varios puntos’, los cuatro satélites Cluster informaron de la existencia de una turbulencia a gran escala - vórtices de hasta 40 000 kilómetros de anchura, en los flancos de la ‘magnetopausa’ (el límite que separa la magnetosfera del espacio). El descubrimiento de las ‘micro’ turbulencias, con vórtices de sólo 100 kilómetros de anchura, es una primicia en el estudio del plasma que rodea a la Tierra.

Este descubrimiento permitirá a los científicos relacionar las pequeñas turbulencias con las de gran escala e investigar cómo se forman y cuáles son los vínculos. Por ejemplo, ¿cuáles son los mecanismos que determinan y conforman la turbulencia? ¿Cuál es la contribución de los vórtices al transporte de la masa y la energía a través de las capas limítrofes? ¿Son necesarios los vórtices pequeños para generar los grandes? O bien, ¿se crean los vórtices pequeños al disiparse la energía de los grandes?

En un intento por responder a estas preguntas, los satélites Cluster han revolucionando nuestro conocimiento sobre los métodos y los mecanismos en que la actividad solar afecta a la Tierra. Cluster representa una herramienta de diagnóstico sin precedentes para crear el primer mapa tridimensional del entorno cercano a la Tierra gracias a la observación simultánea en varias naves.

El estudio de Cluster de la turbulencia en el plasma terrestre también contribuirá a desarrollar las teorías fundamentales del plasma. Esto es importante en el campo de la astrofísica pero también lo es cuando se manipula el plasma en laboratorios de la Tierra, dadas las altas energías necesarias. Su relación es directa con las investigaciones sobre fusión nuclear.

Nota para los editores

Estos hallazgos se han publicado en la edición del 11 de agosto de la revista científica Nature. Los autores de estos resultados son: D. Sundkvist (CNRS, Orleans, Francia/Swedish Institute of Space Physics, Uppsala, Suecia); V. Krasnoselskikh (CNRS, Orleans, Francia); P.K. Shukla (Institut fur Theoretische Physik IV, Bochum, Alemania); A. Vaivads, M. Andre, S. Buchert (Swedish Institute of Space Phyisics, Uppsala, Suecia); H. Reme (CESR, Toulouse, Francia).

El descubrimiento de los vórtices gigantes mencionados aquí se publicó en la edición del 12 de agosto de 2004 de Nature, en un artículo de H. Hasegawa, y otros.

Para obtener más información:

David Sundkvist,
Resultados autor principal, Swedish Institute of Space Physics (IRF)3333 , Uppsala, Suecia
Correo electrónico: david.sundkvist@irfu.se

Philippe Escoubet,
ESA, científico del proyecto Cluster
Correo electrónico: philippe.escoubet@esa.int