Muy por encima de los polos, intensas corrientes eléctricas llamadas corrientes eléctricas en chorro fluyen a través de la atmósfera superior de la Tierra cuando las auroras resplandecen en el cielo. Estas corrientes eléctricas en chorro de las auroras impulsan alrededor de un millón de amperios de carga eléctrica alrededor de los polos por segundo. Pueden crear algunas de las mayores perturbaciones magnéticas en tierra, y los rápidos cambios en estas corrientes pueden provocar efectos como cortes del servicio eléctrico. En marzo, la NASA tiene planificado lanzar su misión Explorador Generador de Imágenes del Efecto Zeeman en las Corrientes Eléctricas en Chorro (EZIE, por sus siglas en inglés) con el fin de aprender más sobre estas poderosas corrientes, con la esperanza de mitigar finalmente los efectos de estas condiciones de la meteorología espacial para los seres humanos en la Tierra.
Los resultados de EZIE ayudarán a la NASA a comprender mejor la dinámica de la conexión Tierra-Sol y permitirán a mejorar las predicciones de condiciones peligrosas de la meteorología espacial que puede perjudicar a los astronautas, interferir con los satélites y producir fallas en el servicio eléctrico en tierra.
La misión de EZIE se compone de tres pequeños satélites CubeSat, cada uno del tamaño de una maleta de mano. Estos pequeños satélites volarán en una formación denominada “collar de perlas”, siguiéndose uno al otro mientras viajan en órbita alrededor de la Tierra, de polo a polo, a unos 550 kilómetros (350 millas) de altura. La nave espacial observará las corrientes eléctricas en chorro que fluyen más abajo, a unos 100 kilómetros (60 millas) por encima del suelo, en una capa electrificada de la atmósfera terrestre llamada ionosfera.
Durante cada órbita, cada nave espacial EZIE cartografiará las corrientes eléctricas en chorro para descubrir su estructura y su evolución. Estos satélites volarán sobre la misma región con una separación de dos a diez minutos entre sí, para revelar cómo cambian las corrientes eléctricas en chorro.
Anteriormente, los experimentos desde tierra y las naves espaciales han observado las corrientes eléctricas en chorro aurorales, las cuales son una pequeña parte de un vasto circuito eléctrico que se extiende por 160.000 kilómetros (100.000 millas), desde la Tierra al espacio. Pero durante décadas, la comunidad científica ha debatido sobre qué apariencia general tiene este sistema en general y cómo evoluciona. El equipo de la misión espera que EZIE resuelva ese debate.
“Lo que hace EZIE es único”, dijo Larry Kepko, científico de la misión EZIE en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “EZIE es la primera misión dedicada exclusivamente al estudio de las corrientes eléctricas en chorro, y lo hace con una técnica de medición completamente novedosa”.
EZIE es la primera misión dedicada exclusivamente al estudio de las corrientes eléctricas en chorro.
LARRY KEPKO
Científico de la misión EZIE, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
Esta técnica requiere observar la emisión de microondas de las moléculas de oxígeno a unos 16 kilómetros (10 millas) por debajo de las corrientes eléctricas en chorro. Normalmente, las moléculas de oxígeno emiten microondas a una frecuencia de 118 gigahercios. Sin embargo, las corrientes eléctricas en chorro crean un campo magnético que puede dividir esa línea de emisión de 118 gigahercios en un proceso denominado efecto Zeeman. Cuanto más fuerte sea el campo magnético, más separada estará la línea.
Cada una de las tres naves espaciales de EZIE llevará un instrumento llamado magnetómetro de microondas de corrientes eléctricas en chorro que observará el efecto Zeeman y medirá la intensidad y la dirección de los campos magnéticos de esas corrientes. Construidos por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) de la NASA en el sur de California, cada uno de estos instrumentos utilizará cuatro antenas apuntadas en diferentes ángulos para analizar los campos magnéticos a lo largo de cuatro recorridos diferentes mientras EZIE hace sus órbitas.
La tecnología utilizada en los magnetómetros de microondas de corrientes eléctricas en chorro fue desarrollada originalmente para estudiar la atmósfera y los sistemas meteorológicos de la Tierra. Los ingenieros de JPL habían reducido el tamaño de los detectores de radio para que pudieran caber en satélites pequeños, incluyendo las misiones TEMPEST-D y CubeRRT de la NASA, y habían mejorado los componentes que separan la luz en longitudes de onda específicas.
Las corrientes eléctricas en chorro fluyen a través de una región que es difícil de estudiar directamente, ya que es demasiado alta para que lleguen los globos científicos, pero demasiado baja para que permanezcan allí los satélites.
“La utilización de la técnica de Zeeman para cartografiar de manera remota los campos magnéticos inducidos por las corrientes es un enfoque realmente innovador para obtener estas mediciones a una altitud que es notoriamente difícil de medir”, dijo Sam Yee, investigador principal de EZIE en el Laboratorio de Física Aplicada (APL, por sus siglas en inglés) de Johns Hopkins en Laurel, Maryland.
Esta misión también cuenta con la participación de científicos ciudadanos para mejorar su investigación, y ha distribuido decenas de kits de magnetómetros EZIE-Mag a estudiantes en Estados Unidos y voluntarios en diferentes partes del mundo con el fin de comparar las observaciones de EZIE con las hechas desde la Tierra. “Los científicos de EZIE recopilarán datos del campo magnético desde arriba, y los estudiantes recopilarán datos del campo magnético desde el suelo”, dijo Nelli Mosavi-Hoyer, gerente del proyecto EZIE en APL.
Los científicos de EZIE recopilarán datos del campo magnético desde arriba, y los estudiantes recopilarán datos del campo magnético desde el suelo
NELLI MOSAVI-HOYER
Gerente del proyecto EZIE, Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins
Los satélites de EZIE serán lanzadas a bordo de un cohete Falcon 9 de SpaceX desde la Base de la Fuerza Espacial Vandenberg en California, como parte de la misión de viaje compartido Transporter-13 con SpaceX mediante el integrador de lanzamiento Maverick Space Systems.
Esta misión será lanzada durante lo que se conoce como máximo solar, una fase del ciclo solar de 11 años en la que la actividad del Sol es más intensa y más frecuente. Esta es una ventaja para la investigación científica de EZIE.
“Es mejor hacer este lanzamiento durante el máximo solar”, dijo Kepko. “Las corrientes eléctricas en chorro responden directamente a la actividad solar”.
La misión EZIE también trabajará junto con otras misiones de heliofísica de la NASA, entre las que se incluye el Polarímetro para Unificar la Corona y la Heliosfera (PUNCH, por sus siglas en inglés), que será lanzado a finales de febrero para estudiar de qué manera el material en la atmósfera exterior del Sol se convierte en el viento solar.
Según Yee, la misión de los CubeSat de EZIE no solo permite a los científicos abordar preguntas apremiantes que no han podido responder durante décadas, sino que también demuestra que se pueden lograr importantes investigaciones científicas de manera rentable.
“Estamos aprovechando la nueva capacidad de los CubeSat”, añadió Kepko. “Esta es una misión que no podría haber levantado vuelo hace una década. Está expandiendo los límites de lo que es posible, todo a bordo de un pequeño satélite. Es emocionante pensar en lo que descubriremos”.
La misión EZIE está financiada por la División de Heliofísica, que forma parte de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA, y es administrada por la Oficina del Programa de Exploradores en el centro Goddard de la NASA. APL lidera la misión para la NASA. Blue Canyon Technologies en Boulder, Colorado, construyó los CubeSat.
Por Vanessa Thomas
Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland
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