A medida que la Tierra orbita alrededor del sol, atraviesa una corriente de partículas de rápido movimiento que pueden interferir con los satélites y los sistemas de posicionamiento global. Ahora, un equipo de científicos del Laboratorio de Física de Plasma Princeton del Departamento de Energía de EE. UU. PPE PPPL y la Universidad de Princeton ha reproducido un proceso que ocurre en el espacio para profundizar la comprensión de lo que sucede cuando la Tierra se encuentra con este viento solar.
El equipo utilizó simulaciones por computadora para modelar el movimiento de un chorro de plasma, el estado cargado de materia compuesto de electrones y núcleos atómicos que forman todas las estrellas en el cielo, incluido nuestro sol. Muchos eventos cósmicos pueden producir chorros de plasma,desde eructos estelares relativamente pequeños hasta explosiones estelares gigantescas conocidas como supernovas. Cuando los chorros de plasma de rápido movimiento atraviesan el plasma más lento que existe en el vacío del espacio, crean lo que se conoce como una onda de choque sin colisión.
Estos choques también ocurren a medida que la Tierra se mueve a través del viento solar y pueden influir en la forma en que el viento gira en y alrededor de la magnetosfera de la Tierra, el escudo magnético protector que se extiende al espacio. Comprender las ondas de choque de plasma podría ayudar a los científicos a pronosticar el clima espacial que se desarrolla cuandoel viento solar se arremolina en la magnetosfera y permite a los investigadores proteger los satélites que permiten a las personas comunicarse en todo el mundo.
Las simulaciones revelaron varios signos reveladores que indican cuándo se está formando un choque, incluidas las características del choque, las tres etapas de la formación del choque y los fenómenos que podrían confundirse con un choque ". Al poder distinguir un choque de otros fenómenos,los científicos pueden sentirse seguros de que lo que están viendo en un experimento es lo que quieren estudiar en el espacio ", dijo Derek Schaeffer, investigador asociado en el Departamento de Astrofísica de la Universidad de Princeton que dirigió el equipo de investigación PPPL. Los hallazgos se informaron en unartículo publicado en Física de plasma que siguió a investigaciones anteriores reportadas aquí y aquí.
Los choques de plasma que ocurren en el espacio, como los creados por la Tierra que viaja contra el viento solar, se asemejan a las ondas de choque creadas en la atmósfera de la Tierra por los aviones de reacción supersónicos. En ambos casos, el material de movimiento rápido encuentra material lento o estacionario y debe moverse rápidamentecambie su velocidad, creando un área de remolinos y remolinos y turbulencias.
Pero en el espacio, las interacciones entre las partículas de plasma rápidas y lentas ocurren sin que las partículas se toquen entre sí. "Algo más debe estar impulsando esta formación de choque, como las partículas de plasma que se atraen o repelen entre sí", dijo Schaeffer.caso, el mecanismo no se entiende completamente "
Para aumentar su comprensión, los físicos realizan experimentos de plasma en laboratorios para monitorear las condiciones de cerca y medirlas con precisión. Por el contrario, las mediciones tomadas por naves espaciales no pueden repetirse fácilmente y tomar muestras solo de una pequeña región de plasma. Las simulaciones por computadora ayudan a los físicos a interpretar susdatos de laboratorio.
Hoy, la mayoría de las descargas de plasma de laboratorio se forman utilizando un mecanismo conocido como pistón de plasma. Para crear el pistón, los científicos hacen brillar un láser en un objetivo pequeño. El láser hace que pequeñas cantidades de la superficie del objetivo se calienten, se conviertan en plasma,y moverse hacia afuera a través de un plasma circundante de movimiento más lento.
Schaeffer y sus colegas produjeron su simulación modelando este proceso. "Piense en una roca en medio de una corriente de rápido movimiento", dijo Schaeffer. "El agua llegará hasta la parte delantera de la roca, pero no la alcanzará del todo. El área de transición entre el movimiento rápido y el movimiento cero [de pie] es el choque ".
Los resultados simulados ayudarán a los físicos a distinguir una onda de choque de plasma astrofísica de otras condiciones que surgen en experimentos de laboratorio. "Durante los experimentos de plasma con láser, es posible que observe mucho calentamiento y compresión y piense que son signos de un choque", dijo Schaeffer."Pero no sabemos lo suficiente sobre las etapas iniciales de un choque como para saberlo solo por la teoría. Para este tipo de experimentos con láser, tenemos que descubrir cómo distinguir la diferencia entre un choque y solo la expansión del láser.plasma."
En el futuro, los investigadores apuntan a hacer que las simulaciones sean más realistas al agregar más detalles y hacer que la densidad y temperatura del plasma sean menos uniformes. También les gustaría realizar experimentos para determinar si los fenómenos predichos por las simulaciones pueden ocurrir en realidad enun aparato físico. "Nos gustaría poner a prueba las ideas de las que hablamos en el periódico", dice Schaeffer.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :