Descubierto un nuevo campo físico, además del magnético y el gravitacional, tras 60 años de búsqueda
La Tierra tiene, desde esta semana, un nuevo campo físico además del magnético y el gravitacional, y tan importante como ellos. Sobre el papel, claro, ya que ese campo lleva siendo parte de nuestro planeta desde hace millones de años, solo que aún no se había detectado. Se trata del campo eléctrico, cuya existencia fue planteada por primera vez hace más de 60 años como el responsable de que la atmósfera terrestre pudiera escapar por encima de los polos norte y sur.
Esta región ha sido detectada por el cohete suborbital Endurance de la NASA, que no ha confirmado solo su existencia sino que también ha medido con precisión su fuerza. Así, se ha constatado además el papel que tiene el campo eléctrico en el escape atmosférico (proceso por el que una atmósfera pierde gases hacia el espacio exterior) y en la configuración de la ionosfera.
El hallazgo, publicado en la revista Nature, aumenta la comprensión sobre los complejos movimientos y la evolución de la atmósfera de nuestro planeta, lo que proporciona pistas sobre la historia de la Tierra y los misterios de otros planetas, además de ayudar a determinar cuáles de ellos podrían ser aptos para la vida.
Desde finales de los años 60, las naves espaciales que han sobrevolado los polos de la Tierra han detectado una corriente de partículas que fluía desde nuestra atmósfera hacia el espacio. Los teóricos predijeron esta corriente, a la que llamaron «viento polar», lo que estimuló la investigación para comprender sus causas.
Al estudiarla, los investigadores esperaban que parte de esa corriente procediese 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 estaban frías, sin signos de haber sido calentadas, pero viajaban a velocidades supersónicas.
«Algo tenía que estar extrayendo estas partículas de la atmósfera», dijo en un comunicado Glyn Collinson, investigador principal del Endurance en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt (Maryland, EE.UU.) y autor principal del artículo. Los científicos sospechaban que podría estar en funcionamiento un campo eléctrico aún por descubrir.
Se esperaba que ese campo, generado a escala subatómica, fuese 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.
Lanzamiento
Los instrumentos y las ideas del equipo eran los más adecuados para un vuelo con cohete suborbital lanzado 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 un rumbo hacia Svalbard, un archipiélago noruego a solo unos cientos de kilómetros del Polo Norte y hogar del campo 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», dijo Suzie Imber, física espacial de la Universidad de Leicester (Reino Unido), y coautora del artículo.
El 11 de mayo de 2022, el Endurance despegó y alcanzó una altitud de 768,03 kilómetros, para luego amerizar 19 minutos después en el mar de Groenlandia. En el rango de altitud de 518 kilómetros donde recopiló datos, el cohete midió un cambio en el potencial eléctrico de solo 0,55 voltios.
«Medio voltio es casi nada; es tan fuerte como la batería de un reloj», dijo Collinson. «Pero es la cantidad justa para explicar el viento polar».
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», dijo 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 esa capa 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.
Posibilidades
El descubrimiento de Endurance ha abierto muchos nuevos caminos para la exploración. El campo ambipolar, como campo de energía 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 se crea por la dinámica interna de una atmósfera, se espera que existan campos eléctricos similares en otros planetas, incluidos Venus y Marte.
«Cualquier planeta con una atmósfera debería tener un campo ambipolar», dijo Collinson. «Ahora que finalmente lo hemos medido, podemos comenzar a aprender cómo ha moldeado nuestro planeta y otros a lo largo del tiempo».
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 nos permite comprender los misterios de otros planetas y determinar cuáles podrían ser aptos para la vida. Se ha publicado un artículo de investigación sobre este tema en la revista Nature.
