La turbulencia del plasma en la ionosfera terrestre puede interrumpir las comunicaciones de radio, el GPS y la conectividad a Internet, pero predecirla sigue siendo un desafío debido a sus complejas conexiones con el viento solar. Una nueva investigación ha revelado una causa específica de la intensa turbulencia ionosférica: oscilaciones de campo eléctrico casi simultáneas que ocurren a 20.000 km de distancia dentro del campo magnético terrestre. Este descubrimiento podría mejorar significativamente la monitorización y las técnicas de predicción del clima espacial.
La turbulencia del plasma en la ionosfera terrestre, una región crítica para las comunicaciones por radio, los sistemas GPS y la conectividad a Internet, a menudo se ve interrumpida por eventos meteorológicos espaciales. Sin embargo, predecir estos eventos ha sido un desafío debido a su compleja conexión con el viento solar.
Investigadores han hecho un descubrimiento significativo, demostrando un vínculo directo entre la turbulencia intensa en la ionosfera y un desencadenante específico ubicado aproximadamente a 20.000 km de distancia dentro de la magnetosfera terrestre. Este hallazgo podría revolucionar nuestra capacidad para monitorear y predecir el clima espacial.
El estudio, dirigido por Magnus Ivarsen de la Universidad de Oslo, se centró en la región E de la ionosfera, ubicada a 90–150 km sobre la superficie de la Tierra. Esta región es particularmente susceptible a la turbulencia intensa del plasma durante las tormentas eléctricas, que pueden ser fuertemente influenciadas por eventos en la magnetosfera.
Los investigadores tenían como objetivo comprender la conexión entre la magnetosfera y la ionosfera, una relación que sigue siendo poco comprendida. Como señala Ivarsen, “No sabemos exactamente cómo se manifiesta esta conexión [magnetosfera-ionosfera] en los diversos procesos físicos que están activos alrededor de la Tierra”.
Para investigar esta conexión, el equipo utilizó dos sistemas de observación distintos. La nave espacial japonesa Arase recopiló datos sobre la actividad magnetosférica, mientras que la instalación de radar canadiense ICEBEAR monitoreó la ionosfera. Esto permitió la recopilación simultánea de datos en regiones clave conocidas por interactuar.
La recopilación de datos abarcó desde enero de 2020 hasta junio de 2023. Utilizando estos conjuntos de datos, los investigadores buscaron correlaciones entre eventos en la ionosfera y la magnetosfera.
El equipo identificó un evento significativo el 12 de mayo de 2021. El radar ICEBEAR detectó un grupo de ecos de radar de corta duración, lo que indica turbulencia del plasma, durante un intervalo de 12 minutos. Estos ecos aparecieron entre dos parches aurorales pulsantes.
Crucialmente, los datos de la nave espacial Arase mostraron una explosión de actividad en la magnetosfera segundos antes, en una región geográficamente cercana a la turbulencia ionosférica. Se cree que esta actividad, caracterizada por fuertes campos eléctricos que fluctúan a frecuencias entre 0,1 y 20 kHz, es el desencadenante.
Los investigadores proponen que las interacciones onda-partícula en la magnetosfera transfirieron energía a los electrones en la región observada. Estos electrones luego produjeron ráfagas de luz localizadas, similares a la aurora boreal, que ionizaron las moléculas de aire y mejoraron los campos eléctricos en la región E de la ionosfera.
Ivarsen destaca la naturaleza sorprendente de los hallazgos, afirmando: “Es sorprendente que se observen dos señales turbulentas [que están] separadas por 5 veces el radio de la Tierra”. La coincidencia precisa de la forma y el tiempo de las señales respalda aún más la conexión.
La conclusión del estudio es que la detección de turbulencia de plasma a pequeña escala en la región E señala una entrada de energía mayor en la magnetosfera, la fuerza impulsora detrás de los eventos meteorológicos espaciales.
Meers Oppenheim, un experto en física del plasma espacial de la Universidad de Boston, enfatiza la importancia de la investigación. Afirma: “Este artículo ayuda a consolidar la conexión entre las corrientes en lo alto de la magnetosfera y la turbulencia del plasma en la ionosfera inferior”. Explica además que la dificultad para rastrear las fuertes corrientes eléctricas desde la magnetosfera hasta la ionosfera ha sido un obstáculo importante, y este artículo parece superarlo.
Ivarsen espera que las futuras observaciones proporcionen un conjunto de datos más completo, lo que permitirá una mejor comprensión de cómo los procesos magnetosféricos desencadenan la turbulencia ionosférica. Concluye: “Esperamos que nuestro trabajo pueda ayudar a comprender mejor cuándo y dónde las señales de comunicación por radio se ven interrumpidas por procesos espaciales impredecibles y, quizás, eventualmente permitir predicciones similares a la previsión meteorológica”.
Investigadores descubrieron una conexión directa entre la turbulencia del plasma en la ionosfera y las oscilaciones del campo eléctrico a 20,000 km de distancia en la magnetosfera terrestre, revelando una conexión previamente desconocida en el clima espacial. Este hallazgo, logrado mediante la correlación de datos de un satélite japonés y un radar canadiense, sugiere que la actividad magnetosférica impulsa la turbulencia ionosférica, lo que podría mejorar la monitorización y predicción de interrupciones en las comunicaciones de radio y los sistemas GPS. Investigaciones futuras sobre este proceso podrían revolucionar nuestra capacidad de pronosticar eventos del clima espacial.
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