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#28. Aceleración de los Electrones de la Aurora

El “anillo de fuego” visto por las cámaras de los satélites alrededor de los casquetes polares (imagen inferior) está probablemente creado por electrones que se escapan de la lámina de plasma de la cola, cuyo campo magnético forma una trampa algo imperfecta.

Óvalo de la aurora desde el espacio

 

    Sin embargo, los observadores sobre el suelo, no ven esa “aurora difusa”, que es tenue y sin contornos. Los arcos brillantes de la “aurora discreta” que ven - cintas en el cielo, a menudo relucientes, dobladas y en constante cambio - tienen un origen diferente. Los satélites que vuelan a través de los haces de electrones que crean esos arcos ven la prueba de que sus electrones han estado realmente acelerados. Parece como si existiese en algún lugar del espacio un “cañón de electrones” gigante, similar al de un tubo de TV que está disparando electrones hacia abajo de las líneas de campo.

Algunas empresas científicas (p.e. el experimento ruso-francés “Araks” y el proyecto “Echo” de la Universidad de Minnesota) montaron cañones de electrones en cohetes de gran altitud y los usaron para crear parches de “auroras artificiales” en la alta atmósfera. También se crearon auroras artificiales por electrones liberados de las pruebas nucleares a gran altitud desarrolladas entre 1958 y 1962, visibles en Hawaii, Samoa y cerca de la islas Azores, lugares demasiado cercanos al ecuador como para ver auroras naturales. Ahora esas pruebas están prohibidas por acuerdos internacionales.

Iones O+ atrapados

En 1976, el satélite S3-3 de las Fuerzas Aéreas de los EE.UU obtuvo claras evidencias de la aceleración de la aurora natural. Un voltaje que acelera los electrones negativos hacia abajo también acelerará los iones positivos hacia arriba. Cuando los instrumentos abordo del S3-3 mostraron a iones positivos O+ de oxígeno disparados hacia arriba de la zona de auroras, los científicos creían que el “cañón de electrones” (o al menos parte de él) debía estar en ese momento debajo del vehículo espacial. Los iones O+ son el principal tipo de ion de la ionosfera (que tienen su máximo alrededor de los 200 Km o 120 millas), pero desde 1971 han sido vistos en la corriente de anillo, a mucha mayor energía que las de los O+ de la ionosfera. El S3-3 ha descubierto justo el enlace entre esa población de dos iones.

El satélite S3-3 no estaba en una órbita particularmente alta y los iones O+ se observan típicamente a altitudes del orden de un radio terrestre (casi 6000 km o 4000 millas). Si el “cañón de electrones” de la aurora estaba por debajo de esa altitud, estaba sorprendentemente cercano a la Tierra, y no en la lejana cola magnética, donde muchos científicos estaban buscándolo.

Caída de voltaje a lo largo de las líneas del campo magnético

Una explicación posible concierne a la cercana relación entre los arcos de la aurora y las corrientes eléctricas que fluyen a lo largo de las líneas del campo entre la ionosfera y el espacio lejano (corrientes de Birkeland ). Estas corrientes son transportadas generalmente por electrones que, siendo negativos, viajan en una dirección opuesta a la de la corriente eléctrica. Cuando la corriente fluye hacia abajo, los electrones lo hacen hacia arriba, expulsados de la ionosfera, donde son multitud. Las líneas del campo magnético se separan entre si en esa dirección, el campo magnético se hace más débil con la distancia y es muy fácil que se escapen los electrones.

No es así cuando la corriente fluye hacia arriba, y como todas las corrientes fluyen en circuito cerrado, si algo de corriente fluye hacia abajo, algo deberá fluir hacia arriba. En ese caso los electrones se mueven hacia abajo, desde el espacio hacia la Tierra. Esa es la dirección en la que convergen las líneas de campo y su campo magnético se hace más potente y, como ya se dijo en la explicación de las partículas atrapadas, los electrones tienden a ser reflejados de vuelta de esas regiones. Eso produce una resistencia extra al flujo de corriente.

A diferencia de la corriente de anillo, transportada por el plasma que está “deslizándose” a través del espacio, las corrientes eléctricas que fluyen dentro y fuera de la ionosfera necesitan un voltaje impulsor y una inyección continua de energía. Al fin y al cabo, parte de su circuito se sitúa en la ionosfera, la cual (al igual que el hilo de cobre y el agua del mar) se opone al flujo de la electricidad y no permitirá fluir a la corriente hasta que no se cumplan los dos requisitos.

La región de convergencia de las líneas de campo entorpece la llegada de corrientes, por la "fuerza reflejante", y la forma de vencer esto es destinando parte del voltaje impulsor - típicamente 5-15.000 voltios - a ayudar a conducir la corriente por el “cuello de botella” de su circuito. Este es el voltaje que acelera los electrones de la aurora (y en el proceso, lo hace también a algunos iones de O+). Esto fue expuesto a principio de los años 1960 por Hannes Alfvén, premiado con el Nobel sueco, y por su colega Hans Persson, y también que esos voltajes se esperaba que estuvieran concentrados en las partes de las líneas del campo magnético cercanas a la Tierra.

Sin embargo esto no es toda la historia. También están implicados otros procesos de aceleración, como se evidencia por los iones de oxígeno que no parecen estar acelerados a lo largo de las líneas de campo sino de forma perpendicular a ellas, ampliando la energía con la que rodean sus líneas de guía. Aquí puede estar involucrada una clase de ondas de plasma asociadas con la aurora.

Actualización--Diciembre 1998

El satélite de la NASA FAST (Explorador Fotográfico Rápido de la Aurora) reveló algunos detalles del proceso. El FAST fue lanzado en agosto de 1996 y (como indica su nombre) fue diseñado para analizar rápidas variaciones cuando volaba a través de los arcos de la aurora. Se encontró que ambas corrientes ascendentes y descendentes aceleraban los electrones - las ascendentes disparaban los electrones de varios KeV hacia la atmósfera, pero las descendentes también los aceleraban, hacia arriba, con varios cientos de electronvoltios. Además de los “haces” de iones acelerados, también se observaron en ambas direcciones, “cónicas” aparentemente aceleradas por procesos de ondas.


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Author and Curator:   Dr. David P. Stern
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Co-author: Dr. Mauricio Peredo


Spanish translation by J. Méndez

Last updated 20 February 2000, traducir 23 de Mayo 2001