Dinámica No Lineal
En la última década ha habido una gran mejora en la comprensión de cómo la magnetósfera responde a las alteraciones atmosféricas como un sistema coherente de plasmas acoplados, interactuando mutuamente. Las simulaciones han desempeñado un papel central al proporcionar información contextual cuantitativa que vincula las observaciones de un solo punto y permite evaluar el comportamiento global implicado por observaciones locales. Estos avances fueron acompañados de mediciones continuas del viento solar y el IMF, así como numerosas observaciones in situ en el espacio, bases terrestres y redes de sensores remotos para producir descubrimientos de respuestas globales características. Los investigadores se han dado cuenta de que existen múltiples vínculos dinámicos no lineales cuyas consecuencias para el comportamiento magnetósfera-ionosfera acoplado solo se revelan cuando se integran en conjunto en el sistema global. Como resultado, el sistema exhibe una característica no lineal, dinámica caótica o comportamiento “emergente”, el cual no podría haber sido predicho sin el conocimiento de la física de acoplamiento.
El acoplamiento electrodinámico entre la magnetósfera y la ionosfera modifica la respuesta disipativa simple en formas ‘dramáticas’. La interacción actual del anillo con la ionosfera distorsiona gravemente la convección de la magnetósfera interior, misma que se alimenta del anillo mismo, sesgando su pico hacia el alba. Los canales de flujo duskside derivados de la ionosfera acoplada permanecen largos periodos de tiempo una vez ha pasado el torrencial viento solar. Estos estudios hicieron ‘añicos’ la noción de que la magnetósfera interior está aislada de la magnetósfera externa y en reposo.
Actualmente se ha establecido que la aceleración de las tormentas y la inyección del anillo actual dependen de la carga de la magnetósfera antes de la tormenta de viento solar. Las observaciones de las sondas espaciales y las simulaciones numéricas muestran que la entrada de plasma del viento solar en la magnetósfera es sorprendentemente eficiente en condiciones de “reposo” de un campo magnético interplanetario en dirección norte. Este plasma a su vez participa como un elemento sustancial del desarrollo de la tormenta en el anillo actual cuando los campos magnéticos están acoplados en dirección sur y energizan la magnetósfera. La plasmasfera a su vez controla si las inyecciones del anillo actual actúan para mejorar o agotar las ‘poblaciones’ de partículas energéticas, volcando la idea de una plasmasfera pasiva en reposo. La superposición del recién inyectado, caliente, plasma del anillo actual con la pasmasfera densa, produce inestabilidades locales. Las ondas resultantes dispersan las partículas del cinturón de radiación, agotándolos. Las predicciones de que el plasma denso frío facilita la aceleración de electrones de alta energía a energías relativistas también fueron confirmadas por observaciones. Por lo tanto, se ha establecido que las dinámicas pre-inyección son críticas en el establecimiento del estado de la plasmasfera y regula la respuesta a las tormentas del cinturón de radiación.
La ionosfera también puede ser una fuente importante de plasma para la magnetósfera. La comprensión del flujo de salida de iones de la ionoesféricos avanzó de manera significativa, y se establecieron las condiciones que promueven la extracción del plasma de la ionosfera a altitudes elevadas y en la magnetósfera. Se mostró que la densidad del viento solar y el aumento de la presión dinámica, conducen a un mejor flujo de salida de la ionosfera, pero los mayores rangos de flujo también están correlacionados estrechamente con el flujo de energía electromagnética a la ionosfera. El rendimiento del flujo de energía del viento solar a partir del flujo de salida intenso de los iones ionosféricos apoya las predicciones teóricas de que este flujo requiere un proceso de múltiples etapas involucrando una combinación de calentamiento local por ondas electromagnéticas. También se demostró que el flujo de salida de la ionosfera tiene consecuencias ‘dramáticas’ para la evolución dinámica de la magnetósfera. Los flujos de salida se incorporan con plasmas originados por el viento solar en la lámina de plasma, creando un plasma multi-especie que altera la dinámica de reconexión magnética. Las simulaciones globales de multifluidos confirmaron el papel que desempeña el flujo de la ionosfera en la creación de subtormentas periódicas, o los denominados intervalos ‘dientes de sierra’ (Sawtooth).
El descubrimiento de las condiciones de pre-acondicionamiento y de vías eficientes para el acoplamiento magnetósfera-ionosfera, y la identificación de las dinámicas que emergen, proporcionan la base para un programa de investigaciones para lograr una comprensión cuantitativa y predictiva del comportamiento del sistema bajo condiciones extremas.
Referencias
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