Un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois descubrió la existencia de átomos de hidrógeno atómico H calientes en una capa superior de la atmósfera de la Tierra conocida como termosfera. Este hallazgo, que los autores informan Comunicaciones de la naturaleza , cambia significativamente la comprensión actual de la distribución de H y su interacción con otros componentes atmosféricos.
Debido a que los átomos de H son muy ligeros, pueden vencer fácilmente la fuerza gravitacional de un planeta y escapar permanentemente al espacio interplanetario. El escape atmosférico en curso de los átomos de H es una de las razones por las cuales el planeta hermano de la Tierra, Marte, ha perdido la mayor parte de su agua.Además, los átomos de H juegan un papel crítico en la física que gobierna la atmósfera superior de la Tierra y también sirven como un escudo importante para los activos tecnológicos de las sociedades, como los numerosos satélites en órbita terrestre baja, contra el duro entorno espacial.
"Se ha teorizado que los átomos de H caliente existen en altitudes muy altas, por encima de varios miles de kilómetros, pero nuestro descubrimiento de que existen tan bajos como 250 kilómetros fue realmente sorprendente", dijo Lara Waldrop, profesora asistente de ingeniería eléctrica e informática yinvestigador principal del proyecto: "Este resultado sugiere que a los modelos atmosféricos actuales les faltan algunas físicas clave que afectan muchos estudios diferentes, que van desde el escape atmosférico hasta la estructura térmica de la atmósfera superior".
El descubrimiento fue posible gracias al desarrollo de nuevas técnicas numéricas y su aplicación a las mediciones de teledetección de varios años adquiridas por el satélite Dinámico, Energético y Dinámico de la Mesosfera de la Termosfera Ionosfera TIMED.
"Los supuestos clásicos sobre la física de la atmósfera superior no permitieron la presencia de átomos de H calientes a estas alturas", recordó Jianqi Qin, el científico investigador que desarrolló la técnica de análisis de datos. "Una vez que cambiamos nuestro enfoque para evitar esta suposición no física", pudimos interpretar correctamente los datos por primera vez "
El hidrógeno atómico dispersa eficientemente la radiación ultravioleta emitida por el sol, y la cantidad de luz dispersada depende sensiblemente de la cantidad de átomos de H que están presentes en la atmósfera. Como resultado, observaciones remotas de la emisión de H dispersa, como las realizadaspor el satélite TIMED de la NASA, puede usarse para sondear la abundancia y distribución espacial de este componente atmosférico clave. Con el fin de extraer información sobre la atmósfera superior a partir de tales mediciones, uno necesita calcular exactamente cómo se dispersan los fotones solares, que cae en QinExperiencia única.
Con el apoyo de la National Science Foundation y la NASA, los investigadores desarrollaron un modelo de transferencia radiativa de la emisión dispersa junto con una nueva técnica de análisis que incorporó una región de transición entre las extensiones inferior y superior de la distribución de H.
"Resulta que el nuevo modelo se ajusta perfectamente a las medidas", dijo Qin. "Nuestro análisis de los datos TIMED condujo al hallazgo contraintuitivo de que la temperatura de los átomos de H en la termosfera aumenta significativamente con la disminución de la actividad solar,en contraste con la temperatura ambiente atmosférica, que disminuye con la disminución de la actividad solar ".
Sus resultados también muestran que la presencia de tales átomos de H calientes en la termosfera afecta significativamente la distribución de los átomos de H en toda la atmósfera. El origen de tales átomos de H calientes, previamente se pensaba que no podía existir en la termosfera,sigue siendo un misterio.
"Sabemos que debe haber una fuente de átomos de H calientes, ya sea en la termosfera local o en capas más distantes de la atmósfera, pero aún no tenemos una respuesta sólida", dijo Waldrop.
Qin agregó: "Definitivamente seguiremos trabajando en este rompecabezas, porque el conocimiento sobre la distribución de densidad H es fundamental para la investigación de nuestro sistema atmosférico, así como su respuesta al clima espacial, que afecta muchas tecnologías basadas en el espacio que son tanimportante para nuestra sociedad moderna "
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Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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