STEVE y otras luces aurorales similares desconciertan a los científicos con su física compleja.

En las zonas rurales de Alberta, Canadá, Alan Dyer utilizó la pura oscuridad de su patio trasero para capturar hermosas imágenes de un raro resplandor del cielo llamado STEVE. Normalmente, permite que su cámara capte luz durante varios segundos, lo que resalta el color único de STEVE pero pasa por alto sus detalles más pequeños. Sin embargo, una oportunidad en agosto de 2022 llevó a Dyer a utilizar un método diferente.

Eligió hacer zoom en el brillo del cielo con su cámara y filmar a STEVE con gran detalle, tomando 24 instantáneas por segundo. En lugar de la familiar y elegante deriva del color púrpura, las imágenes revelaron a STEVE como una inundación errática y parpadeante de tonos blanco violáceos.

Aunque Dyer describió la vista como menos estética, envió el video a Toshi Nishimura, un físico espacial de la Universidad de Boston, en caso de que tuviera valor científico.

Nishimura estaba encantado de recibir una visión tan clara de STEVE, pero descubrió que los pequeños detalles no coincidían con las ideas preliminares de los científicos sobre la química atmosférica subyacente al resplandor del aire. Esto desvió nuestra comprensión y los desconcertó.

Esta confusión es típica cuando se investiga STEVE, que es un acrónimo de Strong Thermal Emission Velocity Enhancement. Desde que los científicos ciudadanos comenzaron a presentar sus imágenes de STEVE hace años, generó más dudas de las que resolvió.

Bea Gallardo-Lacourt, física espacial del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, explicó que cada nuevo descubrimiento sobre STEVE equivale a un número exponencial de nuevas preguntas de física.

Durante una reunión de la Unión Geofísica Estadounidense en San Francisco en diciembre, el equipo de Nishimura mostró esta vista de alta definición de STEVE. Otros científicos presentaron observaciones desconcertantes sobre otro resplandor del cielo que no era una aurora y que se transformaba en STEVE. Algo de claridad llegó en forma de un modelo de computadora que podría explicar las franjas verdes de "valla" que a veces se emiten desde debajo de STEVE.

Claire Gasque, física espacial de la Universidad de California, Berkeley, afirmó que comprender a STEVE y el fenómeno de la valla podría contribuir al campo más amplio de la física espacial. Además, como las condiciones en la atmósfera terrestre donde aparece STEVE pueden afectar las transmisiones por satélite, un mayor conocimiento sobre este brillo en el aire podría extenderse a aplicaciones prácticas.

Los cazadores de auroras canadienses introdujeron a STEVE por primera vez en el mundo científico en 2016. Rápidamente notaron que STEVE era diferente de una aurora: esta última aparece cerca de los polos de la Tierra, mientras que la primera se presenta más cerca del ecuador. Alan Dyer, por ejemplo, señaló que si bien las auroras suelen aparecer al norte de su ubicación en Alberta, STEVE podría aparecer directamente encima.

Informes posteriores vincularon a STEVE con un flujo de partículas cargadas que se movían a través de la atmósfera a altas velocidades, creando el brillo púrpura a unos 200 kilómetros sobre el suelo. Sin embargo, las moléculas exactas responsables del tono distintivo de STEVE siguen siendo un misterio, especialmente teniendo en cuenta los nuevos conocimientos proporcionados por las imágenes de Dyer.

Los detalles íntimos Las imágenes de STEVE capturadas por Dyer mostraban una corriente grumosa y punteada de color púrpura, que se precipitaba hacia el oeste a unos 9 kilómetros por segundo. Las variaciones transitorias de brillo aparecían y desaparecían en cuestión de segundos, lo que complicaba aún más las hipótesis existentes.

Nishimura sugirió que lanzar un cohete con sensores a través de STEVE podría ayudar a identificar las moléculas. Sin embargo, la dificultad radica en predecir cuándo y dónde ocurriría STEVE.

STEVE, un fenómeno luminoso único, aparece a menudo después del apogeo de las subtormentas, que son perturbaciones en la magnetosfera que dan lugar a auroras increíbles. Sin embargo, no todas las subtormentas van acompañadas de un evento STEVE y, según una investigación presentada por Gallardo-Lacourt y su equipo en AGU, no todos los fenómenos STEVE requieren una subtormenta para manifestarse.

Nishimura sugiere que obtener una comprensión más profunda de la conexión entre STEVE y un resplandor no auroral conocido como arco rojo auroral estable (SAR) podría ayudar a los investigadores a predecir mejor los eventos de STEVE. Las fotografías de científicos ciudadanos indican que un arco SAR podría transformarse en STEVE.

En marzo de 2015, el científico ciudadano Ian Griffin capturó una extraordinaria exhibición de auroras cerca de Dunedin, Nueva Zelanda. Durante este evento, Griffin notó un amplio resplandor rojo en el cielo que pasó a la hebra malva identificada como STEVE. Este metraje proporcionó a los investigadores su observación inicial de un STEVE desarrollándose a partir de un arco SAR. Este hallazgo fue informado por el físico espacial Carlos Martinis de la Universidad de Boston y su equipo en junio de 2022 en Geophysical Research Letters.

Los arcos SAR, similares a STEVE, han sido estudiados por los científicos durante muchos años. Estos resplandores de aire, vistos más cerca del ecuador que las luces del norte y del sur, se extienden de este a oeste a través del cielo. A diferencia del espectáculo de STEVE de aproximadamente una hora de duración, los arcos SAR pueden iluminar el cielo desde horas hasta días, aunque generalmente son débiles a simple vista.

Cuando las perturbaciones en la magnetosfera de la Tierra provocan colisiones de partículas cargadas a miles de kilómetros de distancia en el espacio, se forman arcos SAR. Esta colisión crea calor que se filtra hacia la ionosfera, la capa de la atmósfera donde reside STEVE. El calor resultante impulsa a los electrones a estimular los átomos de oxígeno para que liberen luz roja que es aproximadamente una décima parte del brillo de las auroras. El arco SAR observado por Griffin era lo suficientemente luminoso como para rivalizar con las luces rojas del sur.

Las cautivadoras imágenes capturadas por Griffin llevaron a Megan Gillies de la Universidad de Calgary en Canadá y a su equipo a buscar otras instancias de STEVE desarrollándose a partir de arcos SAR. Informaron de un caso descubierto por el espectrógrafo Transition Region Explorer, o TREx, en Lucky Lake, Saskatchewan, en abril de 2022, en Geophysical Research Letters en marzo. Una raya púrpura brillante característica de STEVE surgió del brillo rojo de un arco SAR, duró unos treinta minutos antes de volver a cambiar a rojo.

No está claro qué causa que no todos los arcos SAR se transformen en STEVE. Gillies sugiere que la corriente de plasma que alimenta a STEVE desempeña un papel, ya que los arcos SAR también se han asociado con el plasma que fluye hacia el oeste en la atmósfera. Sin embargo, estos flujos de plasma son más lentos que los que impulsan a STEVE. Los datos de un satélite mostraron una amplia corriente de plasma en la atmósfera que se estrechó y aceleró hasta convertirse en un filamento típico de STEVE a medida que el arco SAR presenciado en 2015 evolucionó hacia STEVE. El desencadenante de esta transición sigue siendo desconocido, y lo que lo complica aún más es la observación de que los arcos STEVE y SAR coexisten pero aparentemente funcionan de forma independiente, como lo atestiguan los científicos ciudadanos.

Gillies enfatiza el valor de la modelización al intentar comprender estos fenómenos. Los físicos pueden utilizar simulaciones por computadora para verificar si su física teórica puede producir patrones de luz parecidos a STEVE. Estas simulaciones también ayudan a resolver otro misterio relacionado con STEVE: el origen de la valla.

Inicialmente, los científicos especularon que las franjas verdes que ocasionalmente acompañan a STEVE, conocidas como valla, eran auroras comunes. Sin embargo, las longitudes de onda específicas que irradian desde la valla indicaron que podría no ser una aurora (SN: 12/11/20).

Las auroras normales están iluminadas por lluvias de partículas cargadas de la magnetosfera. Las colisiones de estas partículas con la atmósfera producen una gama de colores, incluido el verde del oxígeno y el rojo y el azul del nitrógeno. Según Gasque, no observar el azul es una evidencia de que las agujas verdes de la cerca difieren de las auroras clásicas.

Una explicación alternativa para la valla podrían ser campos eléctricos incrustados dentro de la atmósfera de la Tierra que corren paralelos al campo magnético del planeta, dice Gasque. Esos campos podrían energizar electrones locales para excitar el oxígeno hasta convertirlo en un verde brillante y hacer que el nitrógeno emita un poco de rojo, pero no de azul. Gasque y sus colegas ejecutaron un modelo informático de la atmósfera terrestre con electrones energizados por campos eléctricos. El equipo comparó la luz producida dentro de su atmósfera simulada con la luz de una valla vista por el espectrógrafo TREx en Lucky Lake en abril de 2018.

De hecho, el modelo reprodujo la proporción de luz roja y verde vista en la valla de estacas de la vida real sin un matiz de azul, lo que refuerza la idea de que los campos eléctricos atmosféricos podrían construir la valla de estacas, informaron los investigadores el 16 de noviembre en Geophysical Research Letters y en la reunión de la AGU. Pero los científicos necesitan confirmar que tales campos eléctricos realmente existen en las altitudes donde aparecen las vallas.

"El plan ahora es intentar hacer volar un cohete a través de una de estas estructuras", dice Gallardo-Lacourt. Gasque y sus colegas acaban de proponer una misión de este tipo a la NASA. El cohete no atravesaría la valla, lo cual, como STEVE, es demasiado difícil de predecir. En cambio, se centraría en fenómenos con colores similares que son mucho más comunes: auroras mejoradas.

"Con las auroras mejoradas, tienes una especie de capas nítidas y brillantes dentro de la aurora", dice Gasque. La nitidez de esas variaciones en la luz de las auroras y su combinación de colores similar a una valla sugiere que también podrían estar impulsadas por campos eléctricos. Si una futura misión de cohete detecta campos eléctricos a través de auroras mejoradas, eso ayudaría a confirmar que campos similares construyen la cerca.

La misión Geospace Dynamics Constellation de la NASA también lanzará una flota de naves espaciales a partir de 2027 para sondear la magnetosfera y la ionosfera de la Tierra, lo que podría arrojar más datos que ayuden a explicar aspectos de STEVE, señala Gallardo-Lacourt. Mientras tanto, los dedicados paparazzi de científicos ciudadanos de STEVE seguirán tomando fotografías del fenómeno desde el suelo.