Nuestro planeta está constantemente bañado por los vientos que salen de la esfera abrasadora en el centro de nuestro Sistema Solar. Pero a pesar de que el Sol mismo es tan ridículamente caliente, una vez que los vientos solares llegan a la Tierra, están más caliente de lo que deberían ser, y finalmente podríamos saber por qué.
Sabemos que las partículas que forman el plasma de la heliosfera del Sol se enfrían a medida que se extienden. El problema es que parecen tomarse su dulce tiempo al hacerlo, bajando la temperatura mucho más lentamente de lo que predicen los modelos.
"La gente ha estado estudiando el viento solar desde su descubrimiento en 1959, pero hay muchas propiedades importantes de este plasma que todavía no se conocen bien". dice físico Stas Boldyrev de la Universidad de Wisconsin – Madison.
"Inicialmente, los investigadores pensaron que el viento solar tiene que enfriarse muy rápidamente a medida que se expande desde el Sol, pero las mediciones satelitales muestran que a medida que llega a la Tierra, su temperatura es 10 veces mayor de lo esperado".
El equipo de investigación utilizó equipos de laboratorio para estudiar el plasma en movimiento, y ahora cree que la respuesta al problema radica en un mar atrapado de electrones que parece que no pueden escapar del agarre del Sol.
Se ha supuesto durante mucho tiempo que el proceso de expansión en sí mismo está sujeto a adiabático leyes, un término que simplemente significa que la energía térmica no se agrega o elimina de un sistema. Esto mantiene los números agradables y simples, pero supone que no hay lugares donde la energía entre o salga del flujo de partículas.
Desafortunadamente, el viaje de un electrón es cualquier cosa menos simple, empujado a merced de vastos campos magnéticos como una montaña rusa del infierno. Este caos deja muchas oportunidades para que el calor pase de un lado a otro.
Para complicar aún más las cosas, gracias a su pequeña masa, los electrones obtienen una buena ventaja sobre los iones más pesados a medida que salen de la atmósfera del Sol, dejando una nube de partículas en gran medida positiva a su paso.
Finalmente, la creciente atracción entre las dos cargas opuestas se hace cargo de la inercia de esos electrones voladores, llevándolos de vuelta a la línea de partida donde los campos magnéticos una vez más causan estragos en sus caminos.
"Tales electrones que regresan se reflejan para que se alejen del Sol, pero nuevamente no pueden escapar debido a la atractiva fuerza eléctrica del Sol". dice
"Por lo tanto, su destino es rebotar de un lado a otro, creando una gran población de los llamados electrones atrapados".
Boldyrev y su equipo reconocieron un juego similar de ping-pong electrónico en su propio laboratorio, dentro de un aparato comúnmente utilizado para estudiar plasma llamado máquina espejo.
Un reactor de fusión lineal, o 'máquina espejo'. (Bosque de Cary)
Las máquinas de espejo en realidad no contienen ningún espejo. Al menos, no del tipo familiar y brillante. También conocidos como espejos magnéticos o trampas magnéticas, estos dispositivos de fusión lineal son poco más que tubos largos con un cuello de botella en cada extremo.
Su naturaleza reflectante se crea a medida que las corrientes de plasma que pasan a través de la botella pellizcan en cada extremo, alterando los campos magnéticos circundantes de tal manera que las partículas dentro de la corriente se reflejan nuevamente dentro.
"Pero algunas partículas pueden escapar, y cuando lo hacen, fluyen a lo largo de líneas de campo magnético en expansión fuera de la botella", Boldyrev dice.
"Debido a que los físicos quieren mantener este plasma muy caliente, quieren descubrir cómo disminuye la temperatura de los electrones que escapan de la botella fuera de esta abertura".
O si usted es Boldyrev y su equipo, esos electrones con fugas pueden estudiarse para comprender mejor lo que está sucediendo con nuestro propio viento solar.
Él y sus colegas sugieren que la población de electrones atrapados que el yoyo juega un papel importante en la forma en que los electrones distribuyen su energía térmica, cambiando las distribuciones típicas de las velocidades y temperaturas de las partículas de manera predecible.
"Resulta que nuestros resultados concuerdan muy bien con las mediciones del perfil de temperatura del viento solar y pueden explicar por qué la temperatura de los electrones disminuye con la distancia tan lentamente". dice Boldyrev.
Encontrar una coincidencia tan buena entre las figuras de la máquina de espejos y lo que vemos en el espacio sugiere que podría haber otros fenómenos solares que vale la pena estudiar de esta manera.
Esta investigación fue publicada en PNAS.