Nueva manera de medir de forma remota el campo magnético de la Tierra
Investigadores en Canadá, Estados Unidos y Europa han desarrollado una nueva forma de medir de forma remota el campo magnético de la Tierra: golpeando, con láseres en el suelo, una capa de átomos de sodio que flotan a 100 kilómetros de altura sobre el planeta.
La técnica, llena un vacío entre las mediciones realizadas en la superficie de la Tierra y a una altitud mucho mayor por satélites.
"El campo magnético a esta altitud en la atmósfera está fuertemente afectado por procesos físicos como tormentas solares y corrientes eléctricas en la ionosfera", dice Paul Hickson, astrofísico de la Universidad de British Columbia y autor de este artículo.
"Nuestra técnica no solo mide la intensidad del campo magnético a una altitud que tradicionalmente ha estado ocultada, sino que tiene el beneficio secundario de proporcionar nueva información sobre el clima espacial y los procesos atómicos que ocurren en la región".
Átomos de sodio son depositados continuamente en la mesosfera por meteoros que se vaporizan cuando entran en la atmósfera de la Tierra. Los investigadores del Observatorio Europeo Austral (ESO), la Universidad de Mainz y la UBC utilizaron un láser terrestre para excitar la capa de átomos de sodio y monitorear la luz que emiten en respuesta.
"Los átomos de sodio excitados se tambalean como trompos en presencia de un campo magnético", explica Hickson. "Sentimos esto como una fluctuación periódica en la luz que estamos monitoreando, y podemos usarlo para determinar la intensidad del campo magnético".
Hickson y el estudiante de doctorado de la UBC Joschua Hellemeier desarrollaron el instrumento de conteo de fotones usado para medir la luz que regresa de los átomos de sodio excitados, y participaron en las observaciones realizadas en los observatorios astronómicos de La Palma.
El equipo de ESO, dirigido por Bonaccini Calia, es el pionero en la tecnología láser líder mundial para la óptica adaptativa astronómica utilizada en el experimento. Simon Rochester y Ronald Holzloehner (ESO), expertos en interacciones láser-átomo, han liderado la interpretación teórica y el modelado para el estudio.
Hickson, Paul. Remote sensing of geomagnetic fields and atomic collisions in the mesosphere. Nature Communications. doi: https://doi.org/10.1038/s41467-018-06396-7
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| Arreglo experimental. Un proyector láser envía un haz de intensidad modulada a la mesosfera donde polariza los átomos de sodio. La fluorescencia se observa con un segundo telescopio y los fotones recibidos se registran, se cuentan y se demodulan con un digitalizador, un contador de fotones y un amplificador de bloqueo, respectivamente. El cambio en la fluorescencia se mide a medida que la frecuencia de modulación del láser se barre alrededor de la frecuencia de Larmor y se maneja el modulador acústico-óptico (AOM) utilizando un generador de señal. El amplificador de bloqueo proporciona la referencia para interrumpir la frecuencia de modulación de intensidad para discriminar el ruido de centelleo atmosférico. Créditos: Paul Hickson |
La técnica, llena un vacío entre las mediciones realizadas en la superficie de la Tierra y a una altitud mucho mayor por satélites.
"El campo magnético a esta altitud en la atmósfera está fuertemente afectado por procesos físicos como tormentas solares y corrientes eléctricas en la ionosfera", dice Paul Hickson, astrofísico de la Universidad de British Columbia y autor de este artículo.
"Nuestra técnica no solo mide la intensidad del campo magnético a una altitud que tradicionalmente ha estado ocultada, sino que tiene el beneficio secundario de proporcionar nueva información sobre el clima espacial y los procesos atómicos que ocurren en la región".
Átomos de sodio son depositados continuamente en la mesosfera por meteoros que se vaporizan cuando entran en la atmósfera de la Tierra. Los investigadores del Observatorio Europeo Austral (ESO), la Universidad de Mainz y la UBC utilizaron un láser terrestre para excitar la capa de átomos de sodio y monitorear la luz que emiten en respuesta.
"Los átomos de sodio excitados se tambalean como trompos en presencia de un campo magnético", explica Hickson. "Sentimos esto como una fluctuación periódica en la luz que estamos monitoreando, y podemos usarlo para determinar la intensidad del campo magnético".
Hickson y el estudiante de doctorado de la UBC Joschua Hellemeier desarrollaron el instrumento de conteo de fotones usado para medir la luz que regresa de los átomos de sodio excitados, y participaron en las observaciones realizadas en los observatorios astronómicos de La Palma.
El equipo de ESO, dirigido por Bonaccini Calia, es el pionero en la tecnología láser líder mundial para la óptica adaptativa astronómica utilizada en el experimento. Simon Rochester y Ronald Holzloehner (ESO), expertos en interacciones láser-átomo, han liderado la interpretación teórica y el modelado para el estudio.
Hickson, Paul. Remote sensing of geomagnetic fields and atomic collisions in the mesosphere. Nature Communications. doi: https://doi.org/10.1038/s41467-018-06396-7
