Sorprendentes formas de C y X detectadas en la ionosfera

La misión GOLD (Global-scale Observations of the Limb and Disk) de la NASA ha revelado formaciones inesperadas en forma de C y X en la capa electrificada de gas que conforma la ionosfera.

Aunque estas formas alfabéticas ya se habían observado antes, GOLD las ve con más claridad que otros instrumentos y ahora las encuentra donde y cuando los científicos no esperaban. Sus apariciones sorprendentes demuestran que tenemos más que aprender sobre la ionosfera y sus efectos en las señales de comunicación y navegación que pasan a través de ella.

La ionosfera, que se extiende entre 80 y 640 kilómetros por encima de nuestro planeta, se carga eléctricamente durante el día cuando la luz del sol llega a nuestro planeta y su energía arranca electrones de los átomos y las moléculas. Esto crea una sopa de partículas cargadas, conocida como plasma, que permite que las señales de radio viajen a grandes distancias.

Cerca del ecuador magnético de la Tierra, las partículas cargadas se canalizan hacia arriba y hacia afuera a lo largo de las líneas del campo magnético, creando dos densas bandas de partículas al norte y al sur del ecuador que los científicos llaman crestas. A medida que cae la noche y la energía del Sol se desvanece, se pueden formar en la ionosfera bolsas de plasma de baja densidad, llamadas burbujas. Debido a su densidad variable, las crestas y las burbujas pueden interferir con las señales de radio y GPS.

Si bien las observaciones anteriores proporcionaron breves atisbos de crestas y burbujas en la ionosfera, GOLD monitorea estas características durante períodos prolongados de tiempo. Esto se debe a su órbita geoestacionaria, que gira alrededor de nuestro planeta al mismo ritmo que la Tierra, lo que le permite a GOLD flotar sobre el hemisferio occidental.

La ionosfera es sensible a las perturbaciones tanto del espacio como del clima terrestre. GOLD ha revelado anteriormente que después de una tormenta solar o una gran erupción volcánica, las crestas de la ionosfera pueden fusionarse para formar una forma de X. Pero ahora, GOLD ha visto formarse una forma de X en múltiples ocasiones cuando no había tales perturbaciones, lo que los científicos denominan "tiempo de silencio".

"Los informes anteriores sobre fusiones se dieron solo durante condiciones geomagnéticamente perturbadas; es una característica inesperada durante condiciones geomagnéticas tranquilas", dijo en un comunicado Fazlul Laskar, del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de la Universidad de Colorado, quien es el autor principal de un artículo sobre este descubrimiento publicado por el Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Estas apariciones inesperadas les dicen a los científicos que algo más debe estar involucrado en la formación de estas formas de X. Los modelos informáticos sugieren que la X podría desarrollarse cuando los cambios en la atmósfera inferior empujan el plasma hacia abajo.

"La X es extraña porque implica que hay factores impulsores mucho más localizados", dijo Jeffrey Klenzing, un científico del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA que estudia la ionosfera. "Esto es esperable durante los eventos extremos, pero verlo durante el 'tiempo de tranquilidad' sugiere que la actividad de la atmósfera inferior está impulsando significativamente la estructura ionosférica".

GOLD también ha descubierto sorprendentes burbujas de plasma en forma de C que indican otras dinámicas desconcertantes que influyen en la ionosfera.

La mayoría de las burbujas de plasma parecen largas y rectas, y se forman a lo largo de las líneas del campo magnético. Pero algunas burbujas tienen forma de C y de C invertida, que los científicos creen que están formadas por los vientos terrestres. Los modelos informáticos sugieren que se forma una forma de C si los vientos aumentan con la altitud en el ecuador magnético y una forma de C invertida si los vientos disminuyen con la altitud.

"Es un poco como un árbol que crece en una zona ventosa", explica Klenzing. "Si los vientos soplan normalmente hacia el este, el árbol empieza a inclinarse y a crecer en esa dirección".

En un artículo publicado en noviembre de 2023 en el Journal of Geophysical Research: Space Physics, el científico de LASP Deepak Karan y sus colegas informan que GOLD ha observado burbujas de plasma en forma de C y en forma de C invertida que aparecen sorprendentemente juntas, tan cerca como a unos 600 kilómetros de distancia.

"En esa proximidad, nunca se había pensado en estas dos burbujas de plasma de formas opuestas, nunca se las había fotografiado", dijo Karan. Para que los patrones de viento cambien de rumbo en un área tan pequeña, Karan cree que es probable que en la atmósfera intervenga algún tipo de turbulencia fuerte, como un vórtice, una cizalladura del viento o una actividad similar a un tornado.

"El hecho de que tengamos formas muy diferentes de burbujas tan juntas nos dice que la dinámica de la atmósfera es más compleja de lo que esperábamos", dijo Klenzing.

Estos emparejamientos cercanos parecen ser raros, con solo dos casos registrados por GOLD hasta ahora. Sin embargo, como estas características pueden alterar la tecnología crítica de comunicación y navegación, "es muy importante averiguar por qué sucede esto", dijo Karan. "Si se ha producido un vórtice o una cizalladura muy fuerte en el plasma, esto distorsionará completamente el plasma sobre esa región. Las señales se perderán por completo con una perturbación fuerte como esta".