Científicos de la NASA han descubierto un tercer campo energético global alrededor de la Tierra. El campo eléctrico ambipolar impulsa partículas cargadas al espacio por encima de los polos
Se sabe que existen dos campos globales principales alrededor de la Tierra — el campo gravitatorio, formado por la masa del planeta, y el campo electromagnético, formado por los metales del núcleo del planeta. Durante décadas se ha planteado la hipótesis de un tercer campo, pero un nuevo estudio de la NASA lo ha confirmado finalmente con mediciones.
«Este campo eléctrico es bidireccional, o ambipolar, porque actúa en ambas direcciones. Los iones arrastran consigo a los electrones cuando descienden por gravedad. Al mismo tiempo, los electrones elevan los iones a mayor altura cuando intentan escapar al espacio,» explicó la NASA.
A partir de la década de 1960, las naves espaciales que sobrevolaban los polos de la Tierra descubrieron que escapaban de la atmósfera al espacio muchas más partículas de lo esperado. Este «viento polar» estaba extrañamente compuesto por partículas que viajaban a velocidades supersónicas, aunque permanecían frías, contrariamente a lo esperado. Los científicos sugirieron que esto podría deberse a un fenómeno que denominaron campo eléctrico ambipolar.
Según la hipótesis, este campo debería comenzar a una altura de unos 250 km por encima de los polos. Es a esta altura de la atmósfera cuando los electrones se desprenden fácilmente de los átomos de hidrógeno y oxígeno, dejando un ion cargado positivamente. Estos iones son mucho más pesados que los electrones, por lo que si la gravedad fuera la única fuerza que actuara sobre ellos, acabarían cayendo y los electrones saldrían volando hacia el espacio.
Pero como los iones y los electrones tienen cargas opuestas, siguen atrayéndose. Esto tiene como resultado final la expansión de la «escala de altura» atmósfera por encima de los polos, esencialmente haciéndola más densa por encima.
Este campo eléctrico ambipolar sería extremadamente débil y sólo podría detectarse a una distancia de cientos de kilómetros, por lo que ningún instrumento ha sido nunca lo suficientemente sensible como para captarlo. Comprobar la hipótesis de una vez por todas era el objetivo de la misión Endurance de la NASA, que produjo los resultados.
La misión culminó con un lanzamiento el 11 de mayo de 2022 desde la base de lanzamiento de cohetes más septentrional del mundo, situada en el archipiélago de Svalbard, al norte de Noruega. Allí, Endurance realizó una misión de 19 minutos para estudiar el campo.
Los instrumentos de a bordo midieron los cambios en el potencial eléctrico desde la altitud a la que se supone que comienza el campo hasta la altitud máxima que alcanzó — 768 km. Efectivamente, detectaron un cambio de 0,55 V.
«Medio voltio — es casi nada, del tamaño de una pila de reloj. Pero es exactamente lo que se necesita para explicar el viento polar»», afirma Glynn Collinson, investigador principal de la misión Endurance.
No parece muy potente, pero para los iones de hidrógeno, el tipo más abundante en el viento polar, este campo eléctrico ha producido una fuerza más de 10 veces superior a la gravedad, lo que ayuda a lanzarlos al espacio a velocidades supersónicas. Los iones de oxígeno también reciben un impulso significativo. El experimento también constató un aumento del 271% en la altura de la ionosfera.
Ahora que por fin se ha identificado este campo eléctrico, los científicos pueden empezar a explorar cómo ha afectado a los cambios atmosféricos a lo largo de la historia de la Tierra. El estudio se publicó en la revista Nature. Una descripción popular del estudio se presenta en una publicación de la NASA en el siguiente enlace y en un vídeo.