Cohete de la NASA para estudiar un área misteriosa sobre el Polo Norte

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Las puertas de las ampollas trazadoras de vapor están abiertas en la carga útil CREX-2 durante las pruebas en el Centro Espacial Andøya. Crédito: NASA

Suceden cosas extrañas en la atmósfera de la Tierra en latitudes elevadas. Alrededor del mediodía local, cuando el Sol está en su punto más alto, una brecha en forma de embudo en el campo magnético de nuestro planeta pasa por encima. El campo magnético de la Tierra nos protege del viento solar, la corriente de partículas cargadas que arroja el Sol. La brecha en ese campo, llamada cúspide polar, permite al viento solar una línea directa de acceso a la atmósfera de la Tierra.


Las señales de radio y GPS se comportan de forma extraña cuando viajan por esta parte del cielo. En los últimos 20 años, los científicos y los operadores de naves espaciales notaron algo más inusual a medida que las naves espaciales pasan por esta región: disminuyen la velocidad.

«Aproximadamente a 250 millas sobre la Tierra, las naves espaciales se sienten más arrastradas, como si hubieran golpeado un tope de velocidad», dijo Mark Conde, físico de la Universidad de Alaska Fairbanks e investigador principal del Experimento 2 de la Región Cúspide de la NASA, o CREX-2, misión cohete sonora. Eso es porque el aire en la cúspide es notablemente más denso que el aire en otras partes de las órbitas de las naves espaciales alrededor de la Tierra. Pero nadie sabe por qué ni cómo. Al comprender las fuerzas en juego en la cúspide, los científicos esperan anticipar mejor los cambios en las trayectorias de las naves espaciales. La ventana de lanzamiento de CREX-2, que se lanza desde Andenes, Noruega, se abre a las 4 am EST (10 am CET) el 1 de diciembre de 2021.

CREX-2 primero tuvo como objetivo aprender más sobre la dinámica en la cúspide en 2019, pero aunque todos los sistemas estaban listos para su lanzamiento, la misión nunca despegó. Había poca actividad solar en ese momento y, como resultado, las condiciones climáticas espaciales no eran las adecuadas para la misión durante la ventana de lanzamiento inicial. La pandemia de COVID-19 pospuso aún más su vuelo. Ahora, después de un retraso de casi dos años, CREX-2 se está preparando una vez más para volar con la esperanza de responder preguntas sobre la cúspide. El equipo es optimista; el Sol se encuentra en una etapa más activa de su ciclo natural esta vez, aumentando las posibilidades de que las condiciones climáticas espaciales sean favorables para su misión de estudiar una región inusualmente densa de la atmósfera.

Si bien la densidad de la atmósfera terrestre disminuye rápidamente con la altura, se mantiene constante horizontalmente. Es decir, a cualquier altitud dada, la atmósfera tiene aproximadamente la misma densidad en todo el mundo.

Este aspecto de la misión requiere una logística complicada. «Es un gran juego de ajedrez», dijo Conde. El equipo necesita ver estos trazadores desde varios puntos de vista para obtener una comprensión completa de los patrones de viento. Los científicos, algunos de ellos estudiantes de posgrado, estarán estacionados por toda Escandinavia para fotografiar los trazadores en el transcurso de 20 a 30 minutos. Un estudiante los documentará desde un avión que vuela desde Reikiavik, Islandia, y otros capturarán los brillos de dos sitios en la isla noruega de Svalbard.

Hay algunas condiciones de «Ricitos de oro» necesarias para el lanzamiento. La cúspide solo está presente alrededor del mediodía local, pero el cielo debe estar oscuro para que el brillo de los trazadores sea visible. Es por eso que CREX-2 se lanzará a mediados del invierno, cuando hay muy poca luz solar en estas latitudes extremas del norte.

Ciencia en la cúspide: cohete de la NASA para estudiar un área misteriosa sobre el Polo Norte

Las nubes de colores formadas por la liberación de trazadores de vapor de dos cohetes permiten a los científicos medir los vientos. Crédito: NASA / Lee Wingfield

«Estamos enhebrando una aguja», dijo Conde. «Tenemos alrededor de una hora o dos cada día cuando las condiciones son adecuadas para realizar el experimento». Y, al menos dos de las estaciones necesitan una vista clara de los trazadores para una recopilación de datos suficiente. El 2019 ventana de lanzamiento estuvo abierto durante 17 días, ninguno de los cuales era adecuado para que CREX-2 volara.

«El negocio de los cohetes es un juego de alto riesgo», dijo Conde. «Pasará dos o tres años desarrollando una carga útil, pero en última instancia, todo se reduce a elegir cuándo presionar el botón para capturar la ciencia que desea». A veces, ese momento no llega. Conde y el equipo CREX-2 están ansiosos por tener otra oportunidad de lanzamiento. «Honestamente, se siente increíble», dijo Conde. «Para finalmente intentarlo de nuevo, no estoy muy seguro de tener las palabras para ello».

Excepto en la cúspide, donde hay 250 millas por encima de la cabeza, hay una bolsa de aire aproximadamente una vez y media más densa que otro aire a esa altitud. «No se puede simplemente aumentar la masa en una región en un factor de 1,5 y no hacer nada más, o el cielo se caerá», dijo Conde. Algo invisible soporta esa masa extra, y la misión CREX-2 tiene como objetivo descubrir exactamente qué es.

La misión está diseñada para medir los numerosos factores que podrían explicar cómo el aire denso de la cúspide permanece suspendido. Luego, dijo Conde, los científicos pueden «intentar determinar cuál está haciendo el trabajo».

Una posibilidad implica efectos eléctricos y magnéticos en la ionosfera, la capa de la atmósfera superior de la Tierra que está ionizada por el Sol, lo que significa que contiene partículas cargadas eléctricamente. La electrodinámica podría soportar el aire más denso indirectamente, o puede causar un calentamiento que genere vientos verticales para mantener el aire denso en el aire. CREX-2 tiene una serie de instrumentos diseñados para medir estos efectos.

Otra explicación podría ser que el aire en toda la columna vertical de la cúspide es más denso que su entorno. Apilado sobre un aire más pesado, el aire denso a 250 millas de altura se mantendría flotando. Pero tener una columna de aire más pesado también debería producir vientos horizontales o incluso en forma de vórtice, que CREX-2 está diseñado para buscar.

Y lo hará con estilo. El cohete expulsará 20 botes del tamaño de latas de refresco, cada uno con su propio motor de cohete pequeño, en cuatro direcciones. Los botes están programados para romperse a diferentes altitudes. Cuando explotan, liberarán trazadores de vapor, partículas que a menudo se encuentran en exhibiciones de fuegos artificiales que brillan al dispersar la luz solar o al exponerse al oxígeno, en una cuadrícula tridimensional en el cielo. El viento pintará el cielo con estas nubes brillantes, revelando cómo se mueve el aire en esta sección inusual de la atmósfera.


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Citación: Ciencia en la cúspide: cohete de la NASA para estudiar un área misteriosa sobre el Polo Norte (2021, 30 de noviembre) recuperado el 30 de noviembre de 2021 de https://phys.org/news/2021-11-science-cusp-nasa-rocket-mysterious .html

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