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Cada día, las señales de radiodifusión de los principales satélites de comunicaciones y navegación viajan independientemente a través de una capa de la ámbito de la Tierra conocida como ionosfera.
Flotando entre 80 y 643 kilómetros por encima de nuestras cabezas, directamente debajo de los confines más bajos del espacio donde orbitan algunos satélites de comunicaciones, esta zona de la ámbito superior además alberga muchos acertijos sin resolver, incluido uno con forma de alfabeto que tiene el potencial de frustrar todo lo que esas señales de radiodifusión hacen para suministrar la vida en nuestro planeta funcionando sin problemas.
Los astrónomos saben desde hace tiempo que pueden aparecer formaciones con forma de cresta en forma de X en el plasma de la ionosfera (un mar de partículas cargadas) posteriormente de las tormentas solares.
Los fenómenos volcánicos y las condiciones meteorológicas extremas en la Tierra además pueden provocar este aberración. Las erupciones gigantes, como la erupción de Hunga Tonga-Hunga Ha'apai en enero de 2022, expulsan partículas a la ámbito terreno que incluso llegan al espacio. Las tormentas eléctricas y los huracanes pueden crear ondas de presión que llegan hasta la ionosfera.
Mientras tanto, por la indeterminación, durante estos períodos activos, cuando la radiación del Sol no es tan resistente, es además cuando aparecen burbujas de depreciación densidad en la ionosfera.
Los datos satelitales no siempre han podido capturar la imagen completa de lo que ocurre en la ionosfera, pero la empresa GOLD de la NASA tiene una pinta aérea de la capa atmosférica sobre el hemisferio occidental desde el espacio, revelando cómo diferentes factores causan perturbaciones en la ionosfera.
Ahora, los astrónomos que analizaron los datos recopilados por la empresa GOLD encontraron características similares con forma de X y de C nunca antiguamente vistas que, sorprendentemente, parecen acaecer aparecido durante “épocas tranquilas” cuando no había perturbaciones atmosféricas, según una nueva investigación. Los hallazgos están cambiando radicalmente lo que se sabía sobre cómo podrían formarse las estructuras inusuales y sus posibles impactos.
Los datos de la empresa están ayudando a los científicos a ver “cuán compleja es la ámbito de la Tierra” al tiempo que muestran que es más variable de lo esperado, incluso cuando no hay una causa obvia detrás de las perturbaciones con forma de alfabeto en la ionosfera, dijo Jeffrey Klenzing, un estudiado investigador que estudia la ionosfera en el Centro de Revoloteo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.
“Sospecho que esto siempre ha estado sucediendo”, dijo. “Y en verdad el problema ha sido básicamente que no hemos tenido suficientes datos para ver verdaderamente que está sucediendo”.
Obtener una mejor comprensión de los fenómenos con forma de humanidades puede ayudar a los científicos a dilucidar la dinámica entre la ionosfera y el clima, y cómo la interacción puede representar riesgos para las personas y los sistemas de la Tierra.
Crestas en forma de X
La ionosfera no siempre es una capa de gas perfectamente mújol y cambia constantemente. Se electrifica cuando la luz del sol la alcanza. La radiación solar arranca electrones de los átomos y las moléculas para crear plasma que permite que las comunicaciones por radiodifusión viajen a grandes distancias.
Pero a medida que el sol se va apagando por la indeterminación, la ionosfera se vuelve más flaca y las partículas que alguna vez estuvieron cargadas se asientan y se convierten en partículas neutras, según la NASA. Es entonces cuando se pueden formar burbujas en la ionosfera.
Las líneas del campo imantado de la Tierra además transportan partículas cargadas que flotan independientemente en la ámbito en torno a dos bandas densas al ideal y al sur del ecuador, conocidas como crestas.
Dadas sus diferentes densidades, las crestas y burbujas que se asemejan a diferentes formas internamente de la ionosfera pueden causar interferencias en las señales de comunicación y GPS.
La empresa GOLD (Observaciones a escalera entero del contorno y el disco) ha estado monitoreando la ionosfera desde su impulso en enero de 2018. El secuaz tournée más o menos de la Tierra al mismo ritmo que nuestro planeta, lo que le permite permanecer en constante planeo sobre el hemisferio occidental.
GOLD detectó las señales más claras de las características en forma de X y C en 2019, 2020 y 2021, y en lugares inesperados. La evidencia está haciendo que los investigadores se pregunten los posibles mercancía de las X y las C en las señales de comunicación en el futuro.
“La empresa GOLD de la NASA es la primera en observar las formas alfabéticas de forma inequívoca”, dijo Fazlul Laskar, autor principal de un estudio de abril sobre las formas X publicado en el Journal of Geophysical Research: Space Physics.
“Estas formas revelan que la ionosfera puede ser muy dinámica y, en ocasiones, presentar estructuras inesperadas”, añadió Laskar, investigador del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado. “Encima, demuestra que el clima atmosférico inferior podría tener un enorme impacto en la ionosfera”.
El hecho de que GOLD haya observado múltiples casos de formación de las X “durante condiciones geomagnéticas tranquilas” (en empleo de durante perturbaciones atmosféricas como tormentas solares o condiciones meteorológicas terrestres, cuando se observaban anteriormente) indica ahora a los científicos que debe acaecer otro mecanismo responsable de la formación de las formas, dijo Laskar. Los modelos informáticos apuntan a cambios en la ámbito inferior que empujan el plasma en torno a debajo como una posible explicación, según el estudio.
“La aparición de la X es extraña porque implica que hay factores impulsores mucho más localizados”, dijo Klenzing, quien no participó en el estudio de abril. “Esto es poco que se prórroga durante los eventos extremos, pero verlo durante el ‘período de calma’ sugiere que la actividad de la ámbito inferior está impulsando significativamente la estructura ionosférica”.
Burbujas C nunca antiguamente vistas
Por otra parte, GOLD además observó burbujas de plasma en forma de C que pueden estar influenciadas por otros factores.
Por lo genérico, las burbujas de plasma son largas y rectas porque se forman a lo generoso de las líneas del campo imantado de la Tierra. Pero algunas de las burbujas se asemejan a formas curvas, que parecen Cs o Cs invertido, y los científicos creen que podrían acaecer sido moldeadas por los vientos de la Tierra.
Si correctamente las formas C pueden formarse si los vientos aumentan con la cota, las formas C invertidas podrían formarse si los vientos disminuyen con la cota, según los modelos de investigación.
“Es un poco como un árbol que crece en una zona ventosa”, dijo Klenzing. “Si los vientos soplan normalmente en torno a el este, el árbol comienza a bajarse y a crecer en esa dirección”.
Pero GOLD observó burbujas de plasma en forma de C y en forma de C invertida inusualmente cercanas entre sí, a solo 400 millas (644 kilómetros) de distancia, o la distancia entre Baltimore y Boston, según un estudio de noviembre de 2023 publicado en el Journal of Geophysical Research: Space Physics.
“En esa proximidad, nunca se había pensado en estas dos burbujas de plasma de formas opuestas, nunca se las había fotografiado”, dijo Deepak Karan, estudiado investigador del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado. Karan trabaja en la empresa GOLD y es el autor principal del estudio de la forma C y coautor del estudio de la forma X.
Karan dijo que una actividad similar a un tornado, una cizalladura del singladura o un vórtice podrían estar creando turbulencias en la ámbito que causan cambios en los patrones de singladura en un ámbito tan pequeña. Pero nunca esperaron ver burbujas con estructuras tan opuestas tan cerca unas de otras.
“El hecho de que tengamos formas muy diferentes de burbujas tan juntas nos indica que la dinámica de la ámbito es más compleja de lo que esperábamos”, dijo Klenzing.
Hasta ahora, GOLD sólo ha observado dos casos de emparejamientos cercanos, pero las burbujas en forma de C tienen el potencial de interrumpir las comunicaciones.
“Es muy importante examinar por qué ocurre esto”, dijo Karan. “Si se ha producido un vórtice o una resistente cizalladura en el plasma, esto distorsionará por completo el plasma en esa región. Las señales se perderán por completo con una resistente perturbación como esta”.
Karan dijo que estos vórtices, que pueden durar horas, se parecen a los tornados que ocurren en la ámbito inferior de la Tierra, pero el enigma que los científicos parecen no poder resolver es cómo se forman las estructuras en la ionosfera durante el “tiempo de tranquilidad”.
“Descifrar el enigma de estas formaciones de burbujas de plasma no es sólo una curiosidad científica, sino además de importancia habilidad para mitigar los mercancía adversos sobre los sistemas de comunicación y navegación”, afirmó.
Karan afirmó que los intentos de comprender cómo se forman las burbujas tan juntas con las herramientas de modelado actuales no han tenido éxito. Su esperanza es que al informar la investigación e incluir todos los mecanismos de formación posibles, la comunidad científica pueda unirse para resolver el enigma.
Un caudal de datos
La empresa GOLD es muy adecuada para vislumbrar características inesperadas en la ionosfera conveniente a su campo. Mientras que las misiones satelitales anteriores solo podían capturar una pequeña parte de un evento en una dimensión, GOLD puede tomar múltiples imágenes de un evento en el transcurso de horas, dijo Laskar. Y prórroga que en el futuro se revelen características aún más sorprendentes en los datos de GOLD.
“Gracias a una visión tan amplia y a las mediciones continuas, GOLD nos ha permitido observar estos misterios internamente de la ionosfera”, afirmó Karan.
Dijo que hay muchas preguntas que siguen sin respuesta sobre esta capa atmosférica, como por ejemplo cómo los cambios en la ámbito inferior y la actividad solar influyen en el movimiento de las partículas cargadas en la ionosfera.
Cubo que las tormentas solares podrían aumentar conveniente a que el Sol se acerca al pico de su ciclo de 11 primaveras, llamado mayor solar, los astrónomos además quieren tener una mejor comprensión de cómo cambia la composición de la ionosfera durante los eventos porque las oleadas repentinas de partículas cargadas pueden aumentar la resistor de los satélites y acortar su vida útil, dijo Karan.
Las corrientes eléctricas además fluyen en la ionosfera, y un aumento de la corriente eléctrica durante las tormentas solares puede dañar las líneas de transmisión y los transformadores de tierra en la Tierra, dijo.
Durante la tormenta geomagnética del 10 de mayo que azotó la Tierra, la empresa de tractores John Deere informó que algunos clientes que dependen del GPS para la agricultura de precisión experimentaron una interrupción.
“El longevo impacto en la industria agrícola se centró en los sistemas de conductor GPS”, dijo Tim Marquis, director de productos senior de John Deere, en un comunicado. “Los receptores GPS funcionan cuando se recibe una señal a intervalos regulares, como el ritmo de un metrónomo, desde un secuaz en campo. Durante las tormentas solares, esa señal choca con una 'niebla' de partículas cargadas y puede perderse. Y las máquinas no pueden memorizar con precisión dónde están gracias a esta interferencia”.
Los resultados pendientes de los estudios de los datos GOLD durante la tormenta geomagnética del 10 de mayo podrían ayudar a los astrónomos en el ampliación de un sistema de pronóstico del clima espacial, dijo Laskar.
“Una de las cosas que necesitamos es un sistema de predicción del clima espacial que pueda decirnos cuándo vamos a tener problemas con las señales GPS y cuándo será necesario ajustar las órbitas de los satélites para evitar colisiones catastróficas”, dijo.
Perder la señal GPS en la Tierra no solo es embarazado para quienes intentan encontrar un empleo en el que nunca han estado. Las señales de navegación además se utilizan ampliamente en el transporte transatlántico, la agricultura y la construcción.
Cuando las burbujas, crestas o tormentas solares interrumpen la distribución del plasma en la ionosfera, las señales de radiodifusión que pasan a través de la capa atmosférica pueden modificarse, perderse o desvanecerse, dijo Karan.
“Podría acaecer consecuencias potencialmente mortales conveniente a la pérdida repentina de señales GPS en aviones, barcos y automóviles, poco que da miedo incluso imaginar”, dijo.
GOLD y los conceptos de misiones futuras podrían ayudar a los científicos a comprender mejor los fenómenos que se esconden detrás de estas características X y C observadas recientemente, e incluso tal vez predecir dichos cambios antiguamente de que ocurran en la ionosfera.
“Uno de los desafíos para los investigadores ionosféricos es poder predecir su dinámica con delantera”, dijo Laskar, “para que podamos estar preparados para la pérdida de señal GPS y las interrupciones en las comunicaciones satelitales”.
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