La NASA descubrió un campo eléctrico alrededor de la Tierra: cómo es y qué efectos tiene sobre el planeta

Un equipo internacional de científicos de la NASA logró medir por primera vez con éxito un campo eléctrico planetario, utilizando observaciones realizadas desde un cohete suborbital lanzado desde el Polo Norte. Ese campo se considera tan fundamental para la Tierra y la vida en ella como sus campos gravitatorio y magnético.

Conocido como el campo eléctrico ambipolar, los científicos plantearon por primera vez hace más de 60 años la hipótesis de que este campo impulsaba el escape atmosférico de partículas energéticas de nuestro planeta por encima de los polos norte y sur de la Tierra.

Según un artículo publicado esta semana en la revista Nature, las mediciones realizadas desde un cohete, en la llamada misión Endurance de la NASA, confirmaron la existencia del campo ambipolar y cuantificado su fuerza, al revelar su papel en el escape atmosférico y la configuración de nuestra ionosfera (una capa de la atmósfera superior) de manera más amplia.

Comprender los complejos movimientos y la evolución de la atmósfera de nuestro planeta proporciona pistas no solo sobre la historia de la Tierra, sino que también permite comprender los misterios de otros planetas y determinar cuáles podrían albergar vida.

Desde finales de los años 60, las naves espaciales que sobrevuelan los polos de la Tierra han detectado una corriente de partículas que fluye desde nuestra atmósfera hacia el espacio.

Los teóricos predijeron esta corriente, a la que llamaron “viento polar”, lo que alentó la investigación para comprender sus causas.

Se esperaba que se produjera algún flujo de salida de nuestra atmósfera. La luz solar intensa y sin filtrar debería hacer que algunas partículas de nuestro aire escaparan al espacio, como el vapor que se evapora de una olla con agua. Pero el viento polar observado era más misterioso.

Muchas de las partículas que contenía eran frías, sin señales de haber sido calentadas, pero viajaban a velocidades supersónicas.

“Algo tenía que estar extrayendo estas partículas de la atmósfera”, dijo Glyn Collinson, investigador principal del Endurance en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y autor principal del artículo. Los científicos sospechaban que un campo eléctrico aún por descubrir podría estar en acción.

Se esperaba que el hipotético campo eléctrico, generado a escala subatómica, fuera increíblemente débil y que sus efectos se sintieran solo a cientos de kilómetros de distancia.

Durante décadas, detectarlo estaba más allá de los límites de la tecnología existente. En 2016, Collinson y su equipo se pusieron a trabajar en la invención de un nuevo instrumento que creían que estaba a la altura de la tarea de medir el campo ambipolar de la Tierra.

¿Cuáles son los efectos del campo eléctrico? Este estudio viene a confirmar que el campo eléctrico alrededor de la Tierra irradia partículas cargadas de energía a través de los polos, es decir que hay una fuga de energía constante desde la superficie del planeta al espacio.

Los instrumentos y las ideas del equipo eran los más adecuados para un vuelo suborbital con cohetes lanzados desde el Ártico. En un guiño al barco que llevó a Ernest Shackleton en su famoso viaje de 1914 a la Antártida, el equipo bautizó su misión como Endurance.

Los científicos fijaron el rumbo hacia Svalbard, un archipiélago noruego situado a tan solo unos cientos de kilómetros del Polo Norte y que alberga el campo de lanzamiento de cohetes más septentrional del mundo.

“Svalbard es el único campo de cohetes del mundo donde se puede volar a través del viento polar y realizar las mediciones que necesitábamos”, explicó la doctora Suzie Imber, física espacial de la Universidad de Leicester, en Reino Unido, y coautora del artículo científico.

El 11 de mayo de 2022, el Endurance despegó y alcanzó una altitud de 768,03 kilómetros (477,23 millas), para amerizar 19 minutos después en el mar de Groenlandia. En el rango de altitud de 518 kilómetros donde recopiló datos, el Endurance midió un cambio en el potencial eléctrico de solo 0,55 voltios. “Medio voltio no es casi nada, es tan potente como la pila de un reloj. Pero es la cantidad justa para explicar el viento polar”, sostuvo Collinson.

Los iones de hidrógeno, el tipo de partícula más abundante en el viento polar, experimentan una fuerza hacia afuera de este campo 10,6 veces más fuerte que la gravedad.

“Eso es más que suficiente para contrarrestar la gravedad; de hecho, es suficiente para lanzarlos hacia el espacio a velocidades supersónicas”, precisó Alex Glocer, científico del proyecto Endurance en el Centro Goddard de la NASA y coautor del artículo.

Las partículas más pesadas también reciben un impulso. Los iones de oxígeno a esa misma altitud, inmersos en este campo de medio voltio, pesan la mitad. En general, el equipo descubrió que el campo ambipolar aumenta lo que se conoce como la “altura de escala” de la ionosfera en un 271%, lo que significa que la ionosfera sigue siendo más densa a mayores alturas de lo que sería sin él.

“Es como una cinta transportadora que eleva la atmósfera hacia el espacio”, añadió Collinson.

El descubrimiento de Endurance ha abierto muchos nuevos caminos para la exploración. El campo ambipolar, como campo energético fundamental de nuestro planeta junto con la gravedad y el magnetismo, puede haber moldeado continuamente la evolución de nuestra atmósfera de maneras que ahora podemos comenzar a explorar. Debido a que es creado por la dinámica interna de una atmósfera, se espera que existan campos eléctricos similares en otros planetas, incluidos Venus y Marte.

“Cualquier planeta con atmósfera debería tener un campo ambipolar. Ahora que finalmente lo hemos medido, podemos comenzar a aprender cómo ha moldeado nuestro planeta y otros a lo largo del tiempo”, concluyo Collison.

Endurance fue una misión financiada por la NASA que se llevó a cabo a través del Programa de Cohetes Sondeo en la Instalación de Vuelo Wallops de la NASA en Virginia. El campo de tiro de cohetes de Svalbard es propiedad de Andøya Space y está operado por esta empresa. El radar de Svalbard de la Asociación Científica de Dispersión Incoherente Europea (EISCAT), ubicado en Longyearbyen, realizó mediciones terrestres de la ionosfera que fueron fundamentales para interpretar los datos del cohete.