Campo eléctrico ambipolar

En 2016 la misión Venus Express de la Agencia Espacial Europea (ESA) detectó un potencial eléctrico de 10 voltios alrededor del planeta Venus, lo que parecería indicar que las partículas cargadas de su superficie. Como una aspiradora de todo el planeta, este potencial eléctrico podría desviar los ingredientes del agua, como el oxígeno con carga positiva que se separa de sus átomos de hidrógeno por la intensa luz solar. Con el tiempo, este potencial eléctrico puede haber desempeñado un papel en el drenaje del agua de Venus hacia el espacio.

Estos hallazgos en Venus plantearon preguntas sobre la Tierra. El potencial eléctrico de Venus es creado por su ionosfera, la capa externa cargada eléctricamente de su atmósfera. Pero la Tierra también tiene una ionosfera. Entonces, ¿la Tierra tiene un potencial eléctrico similar y, de ser así, por qué nuestra agua todavía está presente?

El 11 de mayo de 2022 el cohete Endurance se elevó hacia el cielo desde el campo de tiro más septentrional del mundo, en Svalbard (Noruega). Alcanzando una altitud máxima de 767 kilómetros sobre la superficie de la Tierra y estrellándose finalmente en el Mar de Groenlandia, el vuelo de 518 kilómetros del Endurance registró el cambio de potencial eléctrico total de la atmósfera utilizando una serie de instrumentos y sensores a bordo. 

Más de 50 años antes de este lanzamiento en el Ártico, las naves espaciales estadounidenses que sobrevolaban los polos de la Tierra en la década de 1960 se toparon con una inesperada corriente de partículas que salían de nuestra atmósfera y se dirigían al espacio y que ahora llamamos "viento polar". Los científicos de la época esperaban que algunas partículas atmosféricas se perdieran en el espacio, ya que la luz solar sin filtrar básicamente evapora las partículas, pero estas partículas estaban frías y no mostraban signos de calentarse. Al estar más centrados en el asunto de «pisar la Luna» y no tener forma real de investigar más a fondo, los investigadores se limitaron a dejarlo para que lo descubrieran las generaciones futuras.

Dos años después del vuelo del Endurance, la NASA ha publicado sus resultados en un artículo en la revista Nature, y hay una muy buena razón por la que este importante campo ha permanecido indetectable hasta ahora: sólo produce una carga eléctrica de 0,55 voltios.

"Medio voltio es casi nada", afirma en un comunicado de prensa Glyn Collinson, investigador principal de la misión Endurance de la NASA. "Sólo tiene el potencial de una pila de reloj. Pero es la cantidad justa para explicar el viento polar".

Los científicos del estudio comparan la importancia de este campo eléctrico ambipolar con la de los otros dos campos naturales de la Tierra: el gravitatorio y el magnético. Mientras que la necesidad de estos dos campos tan conocidos es obvia (es decir, si se quiere vivir en un planeta habitable), la importancia y función del campo eléctrico ambipolar no lo es tanto.

Este campo se genera a escala subatómica a unos 240 kilómetros por encima de la superficie, donde los átomos de la atmósfera empiezan a dividirse en electrones con carga negativa e iones con carga positiva. Entre ellos se forma un campo que conecta estos iones y electrones, y el efecto de empuje y tracción causado por los electrones ultraligeros y los iones más pesados (en comparación) contrarresta algunos de los efectos de la gravedad.

Este campo eléctrico de 0,55 voltios, aunque minúsculo para nosotros, es una cantidad de energía abrumadora para las partículas subatómicas y más que suficiente para enviar estas partículas a velocidades supersónicas, formando así los vientos polares. El efecto neto de este campo amplía esencialmente la altura de la atmósfera en los polos, haciendo que algunos de esos iones inesperadamente fríos escapen al espacio. También aumenta la altura de escala de la ionosfera en un 271 por ciento, lo que significa que la ionosfera sigue siendo más densa a mayores elevaciones de lo que sería posible sin el campo eléctrico. Teniendo en cuenta que la ionosfera es responsable de protegernos a los mamíferos que vivimos en la superficie de los efectos cancerígenos de la radiación solar, la importancia del campo eléctrico ambipolar resulta evidente.

"Es como una cinta transportadora que eleva la atmósfera hacia el espacio", explica Collinson en un comunicado de prensa. "Ahora que por fin lo hemos medido, podemos empezar a aprender cómo ha moldeado nuestro planeta y otros a lo largo del tiempo".