Datos de la misión Cluster de la Agencia Espacial Europea (ESA) han permitido mapear los metales pesados en el espacio que rodea la Tierra, encontrando una distribución inesperada y prevalencia del hierro, y arrojando luz sobre la composición de nuestro entorno cósmico.
A menudo se presume que el espacio está desprovisto de materia, pero técnicamente no está realmente vacío: la distribución de la materia es muy, muy escasa, explica la ESA en un comunicado. En las proximidades de la Tierra, el espacio que los científicos llaman 'geoespacio' en realidad está lleno de partículas cargadas: una mezcla de electrones, que tienen carga negativa e iones cargados positivamente. Estos iones son jugadores clave en los procesos electrodinámicos que vemos en el geoespacio y contribuyen a la naturaleza turbulenta y cambiante de esta parte del cosmos.
El nuevo estudio, publicado en el 'Journal of Geophysical Research: Space Physics', utiliza más de 18 años de datos de la misión 'Cluster' de la ESA, lanzada en agosto de 2000 y que se acerca a su vigésimo aniversario en el espacio, para explorar la prevalencia de un ion importante que se considera relativamente raro cerca de la Tierra: el hierro. Al profundizar en los datos de Cluster reunidos de 2001 a 2018, los investigadores detectaron una distribución inesperada de hierro en todo el geoespacio.
Cantidades pequeñas
"Aunque las cantidades son pequeñas, encontramos hierro en todas partes: en toda la región del geoespacio cubierta por 'Cluster', y en el viento solar cercano a la Tierra, el flujo continuo de partículas cargadas del sol", dice el autor principal Stein Haaland del Max Instituto Planck para la Investigación del Sistema Solar en Gotinga, Alemania, y el Centro Birkeland para la Ciencia del Espacio en la Universidad de Bergen, Noruega. "Detectamos hierro en aproximadamente el 10% de las observaciones que, dada la relativa rareza del ion, es sorprendente. No esperábamos encontrarlo tan a menudo", indica.
Sin embargo, no es la presencia del hierro en sí lo que sorprende, sino más bien sus propiedades. El satélite Geotail de la JAXA y la NASA, que ha pasado más de 25 años observando el entorno magnético de la Tierra, detectó hierro ionizado individualmente en el geoespacio en 2017. Estos son átomos de hierro que han sido despojados solo de sus electrones más externos. Los nuevos resultados no solo confirman este hallazgo, sino que proporcionan una nueva parte esencial de la imagen.
"Las observaciones de 'Cluster' se centran en un rango de energía mucho más alto que Geotail, y nos dan una visión más completa del espacio que nos rodea, detectando no solo el hierro ionizado individualmente sino también el hierro ionizado múltiple: estos son iones en estados energéticos superiores que tienen ha sido despojado de más de un electrón", dice Stein.
Comprender el viento solar
"El hierro en el viento solar tiende a verse en estados de carga más alta, por lo que necesitamos este rango de energía más amplio y más alto para comprender el viento solar en particular y su impacto en el entorno magnético de la Tierra", añade.
Los iones pueden ingresar al geoespacio desde arriba o desde abajo. Algunos viajan desde la atmósfera de la Tierra, mientras que otros llegan desde el viento solar. La fuente de metales pesados, como el hierro, todavía se debate: ¿de dónde provienen estos iones y cómo contribuyen a los fenómenos que vemos a nuestro alrededor?
"Las observaciones de Geotail se centraron en el hierro que se elevaba desde la atmósfera de la Tierra, y a energías bastante bajas --explica Stein--. Descubrimos que hay mucho más hierro proveniente del sol y con energías mucho más altas. También encontramos hierro en las regiones por encima de las capas polares de la Tierra, un lugar que Geotail no cubrió".
El geospacio
Sobre la base de resultados anteriores, el nuevo estudio explora la fuente potencial del hierro ionizado con más profundidad. Este es un factor clave para comprender la dinámica y las propiedades del geoespacio, nuestra magnetosfera, el viento solar y cómo estas estructuras se encuentran e interactúan.
Investigaciones anteriores han propuesto que las detecciones de iones de hierro en latitudes más altas pueden deberse a una variedad de factores, incluidos los meteoritos que ingresan a la atmósfera de la Tierra y se rompen, las partículas se elevan desde ciertas capas de la atmósfera o incluso las partículas que se expulsan de la Luna. Sin embargo, los nuevos resultados del' Clúster' no muestran evidencia convincente de ninguno de estos procesos; en cambio, sugieren que el hierro proviene directamente del sol.
"Los datos sobre la distribución y presencia de hierro variaron con el tiempo de una manera que coincidió con las perturbaciones en el campo magnético de la Tierra y las fluctuaciones a largo plazo en la actividad solar", dice Stein. "Esto sugiere que la mayor parte del hierro en el geoespacio se originó del viento solar que pasó a través de la magnetosfera, en lugar de viajar hacia arriba desde la atmósfera de nuestro planeta".
