Descubren que la Tierra posee un campo eléctrico ambipolar

Gracias a las observaciones realizadas desde un cohete suborbital de la NASA, un equipo internacional de científicos ha medido por vez primera con éxito un campo eléctrico que abarca todo el planeta y que se considera tan fundamental para la Tierra como sus campos gravitatorio y magnético. La existencia de este campo, denominado “campo eléctrico ambipolar”, fue propuesta por primera vez en una hipótesis hace más de 60 años. Según esa hipótesis, el campo eléctrico ambipolar contribuye de manera decisiva al escape de masa atmosférica de nuestro planeta por encima de los polos norte y sur.

 Las mediciones efectuadas por el cohete de la misión Endurance de la NASA, y su posterior análisis minucioso, han confirmado la existencia del campo ambipolar y han cuantificado su fuerza, revelando su papel en el fenómeno de escape atmosférico y en conformar la ionosfera, una capa de la atmósfera superior.

 El estudio lo ha realizado un equipo encabezado por Glyn A. Collinson, del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA en Estados Unidos.

 Conocer lo bastante bien los complejos movimientos y la evolución de la atmósfera de nuestro planeta nos da pistas no solo sobre la historia atmosférica de la Tierra, sino también sobre las de otros planetas. Este conocimiento, en el caso de planetas de fuera de nuestro sistema solar, puede resultar decisivo para determinar cuáles de esos mundos podrían ser habitables.

 Desde finales de la década de 1960, las naves espaciales que sobrevuelan los polos de la Tierra han detectado una corriente de partículas que fluyen desde la atmósfera hacia el espacio. Unos científicos ya predijeron este flujo, al que bautizaron como “viento polar”, e impulsaron la investigación para comprender sus causas.

 Era de esperar que se produjera una cierta cantidad de flujo procedente de nuestra atmósfera. La luz solar intensa y sin filtrar debería hacer que algunas partículas de gases atmosféricos escaparan al espacio, como el vapor que se evapora de una olla de agua caliente. Pero el viento polar observado era más misterioso. Muchas de sus partículas estaban frías, sin signos de haber sido calentadas, y sin embargo viajaban a velocidades supersónicas.

 Algo tenía que estar sacando fuera estas partículas de la atmósfera. Muchos científicos sospechaban que podía estar actuando un campo eléctrico aún por descubrir.

 Se estimaba que el hipotético campo eléctrico, generado a escala subatómica, debía ser sumamente débil y que sus efectos solo se sentirían hasta una distancia de varios cientos de kilómetros. Durante décadas, detectar ese campo eléctrico estuvo fuera del alcance de la tecnología existente. En 2016, Collinson y sus colegas comenzaron a desarrollar un nuevo instrumento que, si todo iba bien, sería capaz de medir el campo ambipolar de la Tierra.

 Esa clase de medición y el perfil de la misión encajaban a la perfección con un vuelo suborbital en cohete lanzado desde el Ártico, concretamente desde Svalbard, un archipiélago noruego situado a solo unos cientos de kilómetros del Polo Norte y que alberga la base de lanzamiento de cohetes más septentrional del mundo.

 “Svalbard es la única base de lanzamiento de cohetes del mundo desde la cual se puede volar a través del viento polar y hacer las mediciones que necesitábamos”, explica Suzie Imber, de la Universidad de Leicester en el Reino Unido y coautora del nuevo estudio.

 El 11 de mayo de 2022, el cohete de la misión Endurance despegó y alcanzó una altitud de 768 kilómetros, amerizando 19 minutos después en el mar de Groenlandia. A lo largo del espacio en el que recolectó datos, el cohete Endurance midió un cambio en el potencial eléctrico de solo 0,55 voltios.

 Medio voltio no es casi nada: es como lo que genera la pila de un reloj. Pero es la cantidad justa de voltaje para explicar el viento polar, tal como indica Collinson.

 Los iones de hidrógeno, el tipo de partícula más abundante en el viento polar, experimentan una fuerza que tiende a hacerlos ascender hacia el exterior de ese campo. Dicha fuerza es 10,6 veces mayor que la de la gravedad. Eso es más que suficiente para contrarrestar la gravedad; de hecho, es suficiente para lanzarlas hacia el espacio a velocidades supersónicas, tal como señala Alex Glocer, de la NASA y coautor del estudio.

 Las partículas más pesadas también reciben un impulso ascendente. Los iones de oxígeno a esa misma altitud, inmersos en este campo de medio voltio, pesan la mitad. El equipo descubrió que, en general, el campo ambipolar aumenta lo que se conoce como “altura de escala” de la ionosfera en un 271%, lo que significa que la ionosfera es más densa a mayores alturas de lo que sería sin él. Es como una cinta transportadora que eleva parte de la atmósfera hacia el espacio.