El MMS de la NASA marca su quinto año rompiendo récords en el espacio.

Desde su lanzamiento el 12 de marzo de 2015, la Misión Multiescala Magnetosférica de la NASA, o MMS, ha estado haciendo nuevos descubrimientos a medida que vuela alrededor de la Tierra para estudiar la reconexión magnética: el chasquido explosivo y la forja de líneas de campo magnético, en el corazón de las tormentas de clima espacial que se manifiestan alrededor de la tierra. En su primer año, el diseño de vanguardia de MMS batió récords, y desde entonces no ha dejado de sobresalir. 

Ilustración de la nave espacial MMS. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

La misión utiliza cuatro naves espaciales idénticas que vuelan en forma de pirámide para medir líneas de campo magnético y partículas cargadas en tres dimensiones. En 2016, su trayectoria le valió a la nave espacial un récord mundial Guinness para la corrección de altitud más alta de un GPS: 43.500 millas sobre la superficie (que luego se estrelló con una corrección a 116.300 millas). Además, cuando los satélites están más cerca de la Tierra, se mueven a una velocidad de hasta 22.000 millas por hora, lo que los convierte en el uso operativo más rápido conocido de un receptor GPS.

Pero no se trata solo de romper récords de vuelo. MMS ha realizado descubrimientos científicos fundamentales que están ayudando a los científicos a comprender el entorno magnético de la Tierra, su magnetosfera, y la reconexión magnética, que alimenta las tormentas magnéticas alrededor de la Tierra y provoca las auroras. Aquí hay cinco formas en que MMS ha cambiado nuestra comprensión de estos eventos explosivos en nuestro espacio cercano a la Tierra en los últimos cinco años.

1) Cómo funciona la reconexión magnética.

La gravedad puede ser clave para cómo se mueven las cosas en la Tierra, pero en el espacio un proceso llamado reconexión magnética es clave para cómo viajan las partículas cargadas eléctricamente. Los científicos han observado este fenómeno muchas veces en el vasto entorno magnético de la Tierra, la magnetosfera con la ayuda de MMS. Crédito: Laboratorio de Imagen Conceptual de la NASA Goddard / Krystofer Kim.

Determinar los detalles de cómo funciona la reconexión magnética fue uno de los trabajos clave con los que se encargó MMS, y la misión pronto se entregó. Antes de MMS, los científicos no entendían realmente los detalles de cómo funciona la reconexión magnética, solo tenían ideas generales. Pero MMS rápidamente cambió eso. Las observaciones de la misión determinaron cuáles de varias teorías de 50 años sobre la reconexión magnética eran correctas y mostraron además cómo la física de los electrones domina el proceso, lo que no se había predicho. Gran parte del descubrimiento fue impulsado por el innovador diseño de instrumentos de MMS. "Aumentamos las velocidades de medición de instrumentos de MMS 100 veces con respecto a instrumentos anteriores", dijo Jim Burch, investigador principal de MMS en el Southwest Research Institute en San Antonio, Texas. "Nos ha permitido ver cosas que nadie había podido medir antes de MMS".

2) Reconexión en lugares nuevos y sorprendentes.

MMS realizó las primeras observaciones de reconexión magnética en la vaina magnética, el límite entre nuestra magnetosfera y el viento solar que fluye a través del sistema solar y una de las regiones más turbulentas en el espacio cercano a la Tierra, un lugar que no se esperaba que ocurriera. . Créditos: NASA Goddard / Mary Pat Hrybyk-Keith; Laboratorio de imagen conceptual de la NASA Goddard / Josh Masters.

En los cinco años posteriores al lanzamiento, MMS realizó más de mil viajes alrededor de la Tierra, pasando por innumerables eventos de reconexión magnética. Vio la reconexión magnética donde los científicos la esperaban por primera vez, detrás de la Tierra, lejos del Sol, y descubrió la reconexión magnética en varios lugares nuevos. Científicos completamente sorprendentes, MMS ha visto eventos en regiones turbulentas frente a la Tierra que anteriormente se esperaba que fueran demasiado tumultuosos para la reconexión magnética. También ha observado reconexión magnética en cuerdas de flujo magnético: tubos magnéticos gigantes, que pueden formarse a raíz de eventos de reconexión magnética anteriores, y en vórtices Kelvin-Helmholtz, el mismo fenómeno que se crea cuando el viento sopla sobre el agua para crear olas en el superficie.

3) Transferencia de energía.

Los científicos de MMS descubrieron las formas en que la energía se transfiere a través de la reconexión magnética y a qué velocidad, en parte debido a la formación de vuelo de las naves espaciales, a solo 4.5 millas entre ellas, la más cercana de cualquier nave espacial que haya volado, lo que permite a los científicos estudiar detalles a pequeña escala no observable por misiones anteriores. En 2017 se descubrió un mecanismo de transferencia de energía cuando los científicos descubrieron movimientos de electrones complejos en las capas delgadas de corriente eléctrica donde ocurre la reconexión. Los bailes únicos que hicieron los electrones en esta región les permitieron obtener energía adicional y acelerar el proceso de reconexión.

Esta visualización muestra una vista oblicua de la región de reconexión. La dirección del campo magnético está representada por las líneas cian. El rastro de color representa un electrón que se mueve en el campo. El color del rastro de partículas representa una velocidad adimensional de la partícula, con azul para lento y rojo para rápido. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA / Tom Bridgman.

4) Simulaciones por computadora.

Antes de MMS, las simulaciones por computadora eran la mejor herramienta que los científicos tenían para comprender la reconexión magnética. Los modelos eran una forma de llenar los huecos entre las mediciones realizadas a través de grandes distancias como fueron capturadas por misiones espaciales anteriores. Pero gracias a las medidas detalladas de MMS, la balanza cambió. Hoy, los datos de alta resolución de MMS han descubierto una miríada de física a escala electrónica que las simulaciones por computadora ahora se están apresurando a representar con precisión. Tener datos tan detallados ha permitido a los físicos teóricos refinar aún más sus modelos y comprender los mecanismos específicos detrás de la reconexión magnética mejor que nunca.

5) Percepciones sobre astrofísica y física nuclear.

MMS ha abierto un laboratorio espacial único donde todas las escalas de reconexión magnética pueden ser medidas directamente por la nave espacial mientras vuelan a través de eventos en curso. Esto ha permitido nuevas ideas sobre la reconexión magnética en otras regiones del espacio, incluidas las explosiones en el Sol y en supernovas y agujeros negros.

Las ideas de MMS sobre la reconexión magnética alrededor de la Tierra ayudan a los científicos a entenderlo en otras regiones, como alrededor de los agujeros negros, que no se pueden sondear directamente. Crédito: Laboratorio de Imagen Conceptual de Goddard de la NASA / Krystofer Kim

"Las mediciones de MMS son críticas porque podemos entender cómo ocurre la reconexión magnética en otros lugares, a pesar de que no podemos llegar allí", dijo Kevin Genestreti, científico investigador de MMS en el Departamento de Tierra, Océanos y Espacio del Southwest Research Institute de la Universidad de New Hampshire en Durham. MMS también ha dado una idea de los experimentos nucleares en la Tierra. El plasma, es decir, los gases calientes y cargados, utilizado en experimentos nucleares es el mismo estado de materia por el que vuela MMS a medida que viaja por el espacio. La reconexión magnética, que ocurre a menudo dentro del plasma, plantea un desafío para los científicos que desean limitar el plasma en experimentos nucleares. La información obtenida por MMS está ayudando a los científicos a comprender mejor y potencialmente controlar la reconexión magnética, lo que puede conducir a mejores técnicas de fusión nuclear para generar energía de manera más eficiente.

Los conocimientos de MMS sobre la reconexión magnética alrededor de la Tierra ayudan a los científicos a entenderlo en otras regiones, como en el Sol, que no se pueden sondear directamente. Crédito: Laboratorio de Imagen Conceptual de la NASA Goddard / Krystofer Kim.

MMS se lanzó originalmente para una misión principal de dos años, y después de sus primeros éxitos se extendió tres años más. Debido a las maniobras cuidadosas durante las operaciones de vuelo, MMS debería tener suficiente combustible para durar al menos otras dos décadas.

"MMS tiene más de 100 componentes de instrumentos", dijo Barbara Giles, científica principal del proyecto MMS en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Llevamos cinco años y esta misión sigue siendo tan capaz como cuando se lanzó".

Hasta la fecha, los datos de MMS se han utilizado en más de 580 artículos científicos. MMS también lanzó científicos de carrera temprana y contribuyó a 14 tesis doctorales y 10 tesis de maestría. La divulgación en escuelas, museos, conferencias y otros eventos también ha llegado directamente a 120.000 personas. Los científicos de MMS confían en que los datos de la nave espacial continuarán alimentando nuevos descubrimientos en las próximas décadas.

Así como la gravedad es una clave de cómo se mueven las cosas en la Tierra, un proceso llamado reconexión magnética es clave para cómo las partículas cargadas eléctricamente se aceleran a través del espacio. Los científicos han observado este fenómeno muchas veces en el vasto entorno magnético de la Tierra, la magnetosfera. Créditos: Laboratorio de Imagen Conceptual de la NASA Goddard.

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Por Mara Johnson-Groh

Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.

Última actualización: 12 de marzo de 2020, enlace publicación.