martes, septiembre 15, 2009

Querida, hice estallar el tokamak

Querida, hice estallar el tokamak

Agosto 31, 2009: La reconexión magnética podría ser la forma favorita que tiene el universo de hacer estallar las cosas. Opera en cualquier región del espacio que se encuentre impregnada de campos magnéticos (lo cual es casi como decir que se produce en todas partes). En el Sol, la reconexión magnética provoca llamaradas solares tan poderosas como mil millones de bombas atómicas. En la atmósfera terrestre, alimenta a las tormentas magnéticas y a las auroras boreales. Por otro lado, en los laboratorios, puede provocar grandes problemas en los reactores de fusión. Está en todas partes.

ver imagenEl problema es que los investigadores no pueden explicarla.

Las bases son lo suficientemente claras. Las líneas de fuerza magnética se suman, se cancelan, se reconectan y... ¡Bang! La energía magnética es entonces liberada en forma de calor y energía cinética de partículas cargadas.

Derecha: Diagrama modelo de la reconexión magnética que se produce en el Sol. [Más información]

Pero ¿cómo?, ¿cómo es que el simple acto de entrecruzar líneas magnéticas dispara una feroz explosión?

"Algo muy interesante y fundamental está ocurriendo; algo que realmente no entendemos (ni con experimentos de laboratorio, ni con simulaciones llevadas a cabo por computadora)", comenta Melvyn Goldstein, quien es el jefe del Laboratorio de Geofísica Espacial del Centro Goddard para Vuelos Espaciales, de la NASA.

La NASA lanzará una misión con el propósito de llegar al fondo del misterio. Dicha misión se llama MMS, que significa Misión Multiescala Magnetosférica (Magnetospheric Multiscale Mission, en idioma inglés). Consiste en cuatro sondas espaciales que volarán a través de la magnetosfera terrestre con el fin de estudiar la reconexión magnética justo en plena acción. La revisión del diseño preliminar de la misión fue aprobada en mayo de 2009, y se autorizó su implementación para el mes de junio del mismo año. Los ingenieros pueden ya comenzar a construir el aparato.

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"La magnetosfera terrestre es un maravilloso laboratorio natural para estudiar las reconexiones", comenta Jim Burch, científico de misión del Instituto de Investigaciones del Suroeste. "Es gigantesca, amplia y las reconexiones están produciéndose en ella prácticamente de manera continua".

En las capas más externas de la magnetosfera, en donde el campo magnético de la Tierra se encuentra con el viento solar, los eventos de reconexión crean "portales" magnéticos temporales que conectan a la Tierra con el Sol. Dentro de la magnetosfera, en una estructura muy alargada conocida como "cola magnética", la reconexión propulsa nubes de plasma de alta energía en dirección a la Tierra. Esto produce la formación de auroras boreales en el momento del impacto. Existen otros muchos ejemplos, y la MMS los explorará a todos.

Las cuatro sondas espaciales serán construidas en el Centro Goddard para Vuelos Espaciales. "Cada uno de los observatorios tiene la forma de un disco gigante para hockey, aproximadamente 3,65 metros de diámetro (12 pies) por 1,21 de altura (4 pies)", comenta Karen Halterman, directora del proyecto MMS, en el Centro Goddard.

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Arriba: Concepto artístico de las cuatro sondas MMS volando en formación a través del espacio que circunda a la Tierra. [Más información]

Los sensores que se utilizarán en la misión para monitorizar los campos electromagnéticos y las partículas cargadas están siendo construidos en diversas universidades y laboratorios de todo Estados Unidos; el Instituto de Investigaciones del Suroeste conduce el proyecto. Cuando los instrumentos estén terminados, serán integrados a los marcos de las sondas, en el Centro Goddard. El lanzamiento está programado para 2014, a bordo de un cohete Atlas V.

Cualquier nueva física que podamos aprender de la MMS podría finalmente aliviar la crisis energética del planeta.

"Durante muchos años, los investigadores han considerado a la fusión como una fuente limpia y abundante de energía para nuestro planeta", comenta Burch. "Un método, la fusión por confinamiento magnético, ha producido resultados bastante prometedores a través de dispositivos conocidos como tokamaks. Sin embargo, han surgido problemas relacionados con la manera de mantener al plasma (gas ionizado y caliente) dentro de la cámara".

ver imagen"Uno de los problemas principales radica en la reconexión magnética", continúa. "Un resultado espectacular e incluso peligroso asociado a la reconexión es conocido como 'la caída diente de sierra' (sawtooth crash, en idioma inglés). Mientras el calor se acumula dentro del tokamak, la temperatura de los electrones llega a un máximo y luego 'cae' bruscamente a un valor inferior y, entonces, algo del plasma caliente se escapa. Esto es provocado por las reconexiones del campo magnético de confinación".

Arriba: Interior de un tokamak. Crédito de la imagen: Laboratorios Lawrence Berkeley [Más información]

Sabiendo esto, usted podría suponer que los tokamaks serían un buen lugar para estudiar la reconexión. Pero no es así, dice Burch. Las reconexiones en un tokamak ocurren en volúmenes tan pequeños, apenas algunos milímetros de amplitud, que resultan muy difíciles de estudiar. Es prácticamente imposible construir sensores lo suficientemente pequeños como para sondear la zona de reconexión.

El campo magnético de la Tierra es un lugar mucho mejor. En la amplia burbuja magnética que rodea a nuestro planeta, el proceso tiene lugar en volúmenes muy grandes, del orden de las decenas de kilómetros. "Podemos hacer volar a nuestras sondas hacia adentro de ella y en sus alrededores, y así obtener una buena idea de lo que está sucediendo", comenta el investigador.

Eso es lo que la MMS hará: Volar directamente hacia la zona de reconexión. Las sondas son lo suficientemente fuertes como para soportar las energías de los eventos de reconexión que, se sabe, se producen en la magnetosfera de la Tierra. De modo que no hay nada que se interponga en el camino de una misión de dos años destinada a realizar descubrimientos.


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