Sarah Stanley firmó en EOS un artículo sobre reconexión magnética en base a un paper publicado en Geophysical Research Letters. Allí ella explica que en la reconexión magnética, las líneas de los campos magnéticos adyacentes se rompen y se unen para formar nuevas líneas. Este proceso convierte la energía magnética en energía térmica (calor) y energía cinética (aceleración de partículas), creando chorros de electrones e iones. La reconexión magnética desempeña un papel fundamental en numerosos fenómenos espaciales, como las erupciones solares y las auroras, así como en los métodos de laboratorio relacionados con la fusión nuclear.
Varios años atrás -añade-, las observaciones del campo magnético terrestre realizadas por la misión Magnetospheric Multiscale de la NASA condujeron al descubrimiento de que la reconexión magnética puede ocurrir únicamente con chorros de electrones, sin involucrar también la aceleración de iones. Estos eventos también tienen una tasa de reconexión relativamente alta, lo que significa que las líneas de campo magnético involucradas se unen rápidamente. Ahora, Fan et al. informan los resultados de nuevas simulaciones que profundizan la comprensión de estos eventos exclusivamente vinculados a los electrones.
Los investigadores aplicaron un método computacional conocido como simulación de partículas en la celda para modelar el comportamiento de iones y electrones durante la reconexión magnética. Realizaron 12 simulaciones para explorar los factores que podrían subyacer en la reconexión exclusivamente electrónica.
Las simulaciones revelaron que el estado de reconexión exclusivamente electrónico ocurre cuando las líneas de campo fuera de la región de difusión electrónica no se curvan lo suficiente, lo que resulta en una región de difusión iónica subdesarrollada. Esta curvatura atípica ocurre en la etapa inicial y puede continuar durante todo el proceso si el tamaño total del sistema (el tamaño del área donde se produce la reconexión) es menor que el radio de la trayectoria de los iones.
El equipo científico también se percató de que la reconexión magnética y la curvatura de las líneas de campo podrían no desarrollarse al mismo ritmo. Una lámina de corriente inicial relativamente delgada permite que la tasa de reconexión alcance su punto máximo antes de que las líneas de campo se doblen por completo, lo que da lugar a cálculos de tasas de reconexión altas si se normalizan por parámetros iónicos. Sin embargo, los cálculos de la tasa de reconexión son más típicos cuando se normalizan por parámetros electrónicos.
Estos hallazgos -concluyó Stanley- podrían ayudar a esclarecer la física fundamental de la reconexión magnética, sugieren los autores. (Geophysical Research Letters, https://doi.org/10.1029/2024GL113889, 2025)
—Sarah Stanley, Science Writer
Citation: Stanley, S. (2025), New insights into an enigmatic form of magnetic reconnection, Eos, 106, https://doi.org/10.1029/2025EO250138. Published on 11 April 2025. Autores: Cheng-Yu Fan, Shan Wang, Xu-Zhi Zhou, San Lu, Quanming Lu, Prayash Sharma Pyakurel, Qiugang Zong, Zhi-Yang Liu
Text © 2025. AGU. CC BY-NC-ND 3.0
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Financiamiento #
El estudio fue financiado por la National Natural Science Foundation of China Grant 42374188. El trabajo de simulación fue desarrollado en el National Supercomputer Center en Tianjin, China, y los cálculos se realizaron en TianHe-HPC.
Sobre la misión Magnetospheric Multiscale #
Tras su lanzamiento, el 12 de marzo de 2015, la misión MMS (Magnetospheric Multiscale) de la NASA ha estado reescribiendo nuestra comprensión de un proceso físico clave que es importante en todo el universo, desde los agujeros negros hasta el Sol y el campo magnético protector de la Tierra, señaló Mara Johnson-Gro, del Goddard Space Flight Center.
El proceso, denominado reconexión magnética, ocurre cuando las líneas del campo magnético se entrelazan y se realinean explosivamente, expulsando las partículas cercanas. Alrededor de la Tierra, un solo evento de reconexión magnética puede liberar tanta energía en un par de horas como la que Estados Unidos consume en 24 horas.
En los últimos 10 años, se han publicado miles de artículos de investigación con descubrimientos de la MMS, que han propiciado una amplia gama de avances técnicos y científicos, como los relacionados con las condiciones del Sol que generan el clima espacial, lo cual puede afectar la tecnología y las comunicaciones en la Tierra. También ha generado conocimientos en el plano de las tecnologías de energía de fusión.
“La misión MMS es un recurso fundamental para el observatorio de la flota de heliofísica de la NASA”, afirmó Guan Le, líder de la misión MMS en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Ha transformado radicalmente nuestra comprensión de la reconexión magnética”.
“La misión MMS no solo estudia los procesos físicos universales, sino que también nos permite investigar los mecanismos que conectan las grandes erupciones del Sol con las cosas que experimentamos en la Tierra, como auroras, tormentas geomagnéticas e incluso cortes de energía en casos extremos”, dijo Kevin Genestreti, investigador científico principal adjunto de MMS y científico principal del Sector Espacial del Southwest Research Institute en Durham, New Hampshire.
El laboratorio perfecto #
Mediante cuatro naves espaciales idénticas, MMS estudia la reconexión magnética mientras viaja en una órbita larga y ovalada alrededor de la Tierra, por lo que constituye un laboratorio perfecto para estudiar de cerca la reconexión magnética.
“Se puede medir la reconexión en un laboratorio, pero las escalas son tan pequeñas que no se pueden realizar las mediciones detalladas necesarias para comprender realmente la reconexión”, dijo Jim Burch, investigador principal de MMS en el Southwest Research Institute en San Antonio, Texas.
¿Dónde? #
La reconexión magnética ocurre principalmente en dos lugares alrededor de la Tierra: uno ubicado en el lado que mira al Sol y otro por detrás del planeta, más alejado del Sol. En su órbita, las cuatro naves espaciales MMS pasan repetidamente por estos lugares clave.
Antes de contar con MMS, los científicos solo tenían un conocimiento limitado de la reconexión magnética. Pero al multiplicar por diez la velocidad de medición de los instrumentos, MMS ha logrado transformar drásticamente nuestro conocimiento sobre el proceso. Vale la pena resaltar que Hasta la fecha, los datos de la MMS han dado lugar a más de 1500 artículos científicos publicados.
“Por ejemplo, resultó que la teoría básica de la reconexión en regiones turbulentas era errónea porque las misiones anteriores no pudieron realizar observaciones al nivel que puede hacerlo MMS”, dijo Burch. “También encontramos reconexión en muchos lugares imprevistos”.
“Uno de los hallazgos verdaderamente innovadores de la MMS es que el corazón de la reconexión tiene un ritmo bien ordenado, incluso si todo a su alrededor es turbulento”, afirmó Michael Hesse, director de teoría y modelado de la MMS en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California. “Esto demuestra que la medición precisa puede ser determinante entre teorías contrapuestas”.
Impulso en los avances científicos #
Los éxitos de la misión también han sido un fuerte apoyo para los científicos jóvenes que participan estrechamente en la misión en todos los niveles.
“Además de sus logros científicos, también ha ayudado a casi 50 estudiantes a obtener títulos de doctorado y ha permitido que científicos en el inicio de su carrera alcancen puestos de liderazgo”, afirmó Le.
Para impulsar a los jóvenes científicos, la MMS ofrece becas de investigación para jóvenes profesionales a los miembros del equipo. El equipo de la MMS también creó puestos de “Líderes en Formación” para integrar a las nuevas camadas de científicos en la toma de decisiones importantes de las misiones y brindarles la experiencia necesaria para asumir puestos de liderazgo. El programa ha tenido tanto éxito que ahora es obligatorio para todas las misiones de heliofísica de la NASA.
A seguir batiendo récords #
Además de sus logros científicos, MMS también ostenta varios récords. Apenas unos meses después de su lanzamiento, obtuvo su primer récord mundial Guinness por la mayor posición GPS, a 71.500 kilómetros sobre la Tierra. Posteriormente, batiría este récord al pasar a una órbita más larga, alejándose 187.500 kilómetros (a medio camino de la Luna) de los transpondedores GPS en la Tierra. El GPS está diseñado para enviar señales hacia la Tierra, por lo que su uso en el espacio, donde las señales son débiles, supone un reto. Al utilizar el GPS a gran altitud, la MMS ha demostrado su potencial para otras aplicaciones.
“Esta demostración relacionada con el GPS ha sido de gran interés para los desarrolladores de las misiones Artemis, que están probando el GPS a distancias lunares”, dijo Jim Clapsadle, director de la misión MMS en Goddard.
La misión también ostenta el récord mundial Guinness por tratarse de la formación de satélites más pequeña, con tan sólo 4,2 kilómetros entre cada una de las naves. A lo largo de los años, las cuatro naves de MMS han volado en líneas y formaciones piramidales de entre 8 y 160 kilómetros de diámetro para ayudar a los científicos a estudiar la reconexión magnética a diversas escalas. Durante ese tiempo, el desempeño de las naves espaciales ha sido notablemente bueno.
“El hardware ha demostrado ser muy confiable, incluso ahora, 10 años después de haber comenzado la misión”, dijo Trevor Williams, líder de dinámica de vuelo de MMS en NASA Goddard.
Tras el lanzamiento, Williams y el equipo de operaciones de vuelo idearon métodos más eficientes en términos de combustible para maniobrar las naves espaciales y mantenerlas en las separaciones designadas. Como resultado, la misión aún cuenta con aproximadamente una cuarta parte del combustible con el que se lanzó. Este ahorro deja suficiente combustible para continuar operando la misión durante décadas. Y constituye una buena noticia para los científicos de la misión, quienes están ansiosos por seguir estudiando la reconexión magnética con MMS.
“Tenemos miles de eventos de reconexión magnética en el lado diurno, pero muchos menos en el lado nocturno”, expresó Burch. “Pero en los próximos tres años estaremos en una posición privilegiada para terminar de investigar la reconexión en el lado nocturno”, auguró.