Misterioso colapso en la atmosfera

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Misterioso colapso de la atmósfera superior de la Tierra



Los científicos están perplejos ante una disminución de
la atmósfera superior terrestre más pronunciada de lo esperado, lo cual
ocurrió durante el profundo mínimo solar de 2008–2009.Julio 15, 2010:
Investigadores, financiados por la NASA, están monitorizando un evento
importante en la atmósfera de nuestro planeta. A gran altitud sobre la
superficie de la Tierra, en el sitio donde la atmósfera se encuentra con
el espacio, una capa de gas enrarecido, llamada "termósfera", colapsó
recientemente y está ahora rebotando nuevamente.
"Esta es la contracción más pronunciada de la termósfera en, al
menos, 43 años", dice John Emmert, del Laboratorio de Investigación
Naval, quien es el autor principal de un artículo que anunció el
hallazgo, en la edición del 19 de junio de Geophysical Research Letters (GRL o Cartas de Investigación en Geofísica, en idioma en español). "Esto constituye un récord de la Era Espacial".
Derecha: Las capas de la atmósfera superior de la Tierra. Crédito de la imagen: John Emmert/NRL. [Imagen ampliada]


El colapso ocurrió durante el profundo mínimo solar que tuvo lugar
en 2008–2009 (un hecho que por sí solo no sorprende a los científicos).
La termósfera siempre se enfría y se contrae cuando hay poca actividad
solar. En esta ocasión, sin embargo, la magnitud del colapso fue de dos a
tres veces mayor de lo que podría atribuirse a la baja actividad solar.
"Está ocurriendo algo que no entendemos", dice Emmert.
El rango de altura de la termósfera varía desde los 90 km hasta
más allá de los 600 km. Es el dominio de los meteoros, de las auroras y
de los satélites que pasan rozando la termósfera en su recorrido
alrededor de la Tierra. También es donde la radiación solar hace el
primer contacto con nuestro planeta. La termósfera intercepta los
fotones del ultravioleta extremo (UVE) del Sol antes de que alcancen el
suelo. Cuando la actividad solar es alta, el UVE solar calienta la
termósfera, causando de ese modo que se infle como un malvavisco
sostenido sobre una fogata. (Este calentamiento puede hacer que las
temperaturas suban hasta los 1400 K —de allí el nombre termósfera.) Cuando la actividad solar es baja, ocurre lo opuesto.
Recientemente, la actividad solar ha sido muy baja. En 2008 y
2009, el Sol se adentró en un mínimo solar como los que ocurren
solamente una vez cada siglo. Se presentaron pocas manchas solares, casi
no se produjeron erupciones solares y la radiación UVE del Sol estuvo
en un nivel muy bajo. Los investigadores inmediatamente dirigieron su
atención a la termósfera para ver qué ocurriría.

Arriba:
Estas gráficas muestran cómo la densidad de la termósfera (a una altura
de referencia de 400 km) ha crecido y decrecido durante los cuatro
ciclos solares anteriores. Los recuadros (a) y (c) muestran la densidad;
el recuadro (b) indica la intensidad de las ondas de radio que
provienen del Sol a una longitud de onda de 10,7 cm, un indicador clave
de actividad solar. Obsérvese la región marcada con un círculo amarillo.
En 2008 y 2009, la densidad de la termósfera fue un 28% más baja de lo
que se esperaba, tomando como base los mínimos solares previos. Crédito
de la figura: Emmert y colaboradores (2010), Geophys. Res. Lett., 37, L12102.



¿Cómo se puede saber qué está ocurriendo en la termósfera?
Emmert emplea una ténica ingeniosa. Debido a que los satélites
experimentan arrastre aerodinámico cuando se mueven a través de la
termósfera, es posible monitorizar las condiciones que allí imperan
observando el decaimiento orbital de los satélites. Él analizó las tasas
de decaimiento de más de 5.000 satélites en un rango de altitudes desde
los 200 hasta los 600 km y en un período de tiempo que cubre desde 1967
hasta 2010. Esto proporcionó una muestra única, en tiempo y espacio, de
la densidad, de la temperatura y de la presión termosféricas, la cual
abarca casi toda la Era Espacial. De esta manera, el científico
descubrió que el colapso termosférico que tuvo lugar en 2008–2009 fue no
solamente más pronunciado de lo que se esperaba, sino también más
grande de lo que la actividad solar puede explicar.


Una explicación posible es la presencia de dióxido de carbono (CO2).
Cuando el dióxido de carbono alcanza la termósfera, funciona como
un refrigerante, extrayendo calor a través de la radiación infrarroja.
Bien se sabe que los niveles de CO2 de la atmósfera terrestre han
aumentando recientemente. El CO2 adicional en la termósfera pudo haber
incrementado el enfriamiento causado por el mínimo solar.
"Pero los cálculos no concuerdan del todo", dice Emmert. "Incluso
si se toma en cuenta el CO2 usando nuestro conocimiento más avanzado
acerca de cómo funciona como refrigerante, no podemos explicar
completamente el colapso de la termósfera".
Según Emmert y sus colegas, el bajo nivel de UVE solar explica el
30% del colapso. El CO2 adicional explica otro 10%. Esto hace que quede
hasta un 60% del tema sin explicación alguna por el momento.
Derecha:
Un video del NCAR (National Center for Atmospheric Research o Centro
Nacional de Investigación Atmosférica, en idioma español) muestra cómo
el dióxido de carbono calienta la atmósfera inferior, pero enfría la
atmósfera superior. [Más información]


En el artículo publicado en GRL, los autores reconocen que la
situación es un tanto complicada. Hay más en juego que meramente el UVE
solar y el CO2 terrestre. Por ejemplo, las tendencias climáticas
globales podrían cambiar la composición de la termósfera, alterando sus
propiedades térmicas y la manera en que responde a estímulos externos.
Podría suceder que la sensibilidad de la termósfera a la radiación solar
esté aumentando.
"Las anomalías en la densidad", escribieron, "podrían significar
que se ha alcanzado un punto crítico climatológico, aún no identificado,
ligado a un balance de energía y a procesos químicos".
O quizás no.
Se podrían encontrar pistas importantes en la forma en que la
termósfera rebota. El mínimo solar está ahora llegando a su fin, la
radiación UVE del Sol está incrementándose y la termósfera está
comenzando a hincharse de nuevo. La forma exacta en que esta
recuperación ocurra podría revelar la importancia relativa de las
contribuciones que provienen de fuentes solares y terrestres.
"Continuaremos monitorizando la situación", dice Emmert.
Para obtener más información, sírvase consultar: Emmert, J. T., J.
L. Lean y J. M. Picone (2010), Record–low thermospheric density during
the 2008 solar minimum (Densidad termosférica récord durante el mínimo
solar de 2008), Geophys. Res. Lett., 37, L12102.