La Tierra tiene un campo magnético global que arroja pequeños trozos de nuestra atmósfera al espacio.
Recientemente, investigadores del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA lanzaron un cohete a gran altura sobre el Ártico para medir la carga eléctrica de la atmósfera terrestre. La misión, llamada Endurance, descubrió una diferencia minúscula pero significativa en el potencial eléctrico (piense en el potencial como la versión eléctrica de la presión del aire) entre el aire a 240 kilómetros de altura y el aire a unos 765 kilómetros de altura. La diferencia es suficiente para explicar algo extraño que los satélites notaron por primera vez en la década de 1960: corrientes de partículas cargadas eléctricamente parecían fluir hacia el espacio desde los polos de la Tierra.
El científico atmosférico de la NASA Glyn Collinson y sus colegas publicaron su trabajo En el diario Naturaleza.
El campo eléctrico ambipolar impulsa los iones de hidrógeno hacia el espacio, alimentando un fenómeno extraño llamado viento polar.
NASA/Laboratorio de imágenes conceptuales/Wes Buchanan/Krystofer Kim
Cómo funciona el campo eléctrico global de la Tierra
De la misma manera que el agua que circula por una tubería tiende a fluir desde zonas con alta presión a zonas con baja presión, las diferencias de potencial eléctrico pueden empujar y tirar de partículas cargadas eléctricamente, como los iones de hidrógeno. La diferencia, a lo largo de aproximadamente 300 millas de altitud, es de solo medio voltio, pero es suficiente para hacer levitar hacia arriba iones de hidrógeno y oxígeno con carga positiva con una fuerza más que suficiente para vencer la gravedad y lanzar iones de hidrógeno al espacio.
“Medio voltio no es casi nada, es tan fuerte como la pila de un reloj”, dice Collinson. en una declaración reciente de la NASA. “Pero esa es la cantidad justa para explicar el viento polar”.
Collinson y sus colegas llaman al campo eléctrico débil, pero poderoso, que han descubierto “campo eléctrico ambipolar”, porque funciona en dos direcciones a la vez: atrae hacia abajo a los electrones con carga negativa y eleva hacia arriba a los iones con carga positiva. El campo eléctrico ambipolar es tan importante para el funcionamiento de nuestra atmósfera como la gravedad y el campo magnético de nuestro planeta, aunque crea vientos polares a lo largo de apenas unos cientos de kilómetros alrededor de cada polo.
Cuando la luz del sol llega a las capas superiores de la atmósfera, su energía es suficiente para arrancar los electrones de los átomos que flotan perezosamente. Eso deja a los iones con carga positiva y a los electrones con carga negativa flotando allí arriba, y se forma un campo eléctrico entre ellos.
Para entender el efecto que este campo eléctrico sutil tiene sobre la atmósfera superior de nuestro planeta, imaginemos lo que sucede cuando frotamos un globo inflado sobre el pelaje de un gato. El pelaje del gato se hincha hacia arriba y hacia afuera, levantado por la fuerza de los electrones con carga negativa que se repelen entre sí. Bajo la influencia del campo ambipolar, la atmósfera superior de la Tierra también se hincha; los iones flotan a mayor altura de lo que lo harían de otra manera. Y algunos de ellos escapan.
“Es como una cinta transportadora que eleva la atmósfera hacia el espacio”, afirma Collinson.
Pero no corremos el riesgo de perder todo nuestro aire, ni siquiera la mayor parte, como le ocurrió a Marte en su pasado remoto. Incluso con el viento polar soplando con toda su fuerza, la Tierra está perdiendo hidrógeno poco a poco. Mientras tanto, lo que sucede en la superficie de nuestro planeta y en las profundidades subterráneas sigue vertiendo nuevos gases en la atmósfera: los volcanes y la fotosíntesis son los responsables de la mayor parte de ese trabajo.
Este vídeo de la NASA explica más sobre cómo funciona el campo eléctrico ambipolar.
¿Hacia dónde vamos desde aquí?
Los científicos han estado buscando el campo eléctrico ambipolar desde la década de 1960, cuando los satélites detectaron por primera vez el viento polar. Ahora que Collinson y sus colegas lo han encontrado, dicen que es hora de averiguar qué papel ha desempeñado en la historia de nuestro planeta. La atmósfera de la Tierra ha cambiado drásticamente varias veces a lo largo de la historia de nuestro planeta, y todos esos cambios habrían afectado al viento polar, y se habrían visto afectados por él. Pero aún no estamos seguros exactamente de cómo.
Comprender mejor el campo eléctrico ambipolar de la Tierra también puede ayudarnos a explicar completamente qué sucedió con la atmósfera de Marte, cómo la atmósfera de Venus se convirtió en el espeso y ácido desastre que es hoy y dónde buscar atmósferas respirables en mundos distantes.
“Cualquier planeta con atmósfera debería tener un campo ambipolar”, afirma Collinson. “Ahora que finalmente lo hemos medido, podemos empezar a aprender cómo ha moldeado nuestro planeta y otros a lo largo del tiempo.
