La física espacial , también conocida como física del plasma espacial , es el estudio de los plasmas que se producen naturalmente dentro de la atmósfera superior de la Tierra y el resto del Sistema Solar . Incluye los temas de aeronomía , auroras , ionosferas y magnetosferas planetarias , cinturones de radiación y clima espacial (conocidos colectivamente como física solar-terrestre [1] ). También abarca la disciplina de la heliofísica , que estudia la física solar del Sol , su viento solar , el problema del calentamiento coronal , las partículas energéticas solares y la heliosfera .
La física espacial es a la vez una ciencia pura y una ciencia aplicada , con aplicaciones en la transmisión de radio , las operaciones de naves espaciales (particularmente satélites meteorológicos y de comunicaciones ) y en meteorología . Los procesos físicos importantes en la física espacial incluyen la reconexión magnética , la radiación sincrotrón , las corrientes de anillo , las ondas de Alfvén y las inestabilidades del plasma . Se estudia mediante mediciones directas in situ mediante sondas de cohetes y naves espaciales, [2] teledetección indirecta de la radiación electromagnética producida por los plasmas y magnetohidrodinámica teórica .
Los campos estrechamente relacionados incluyen la física del plasma , que estudia la física más fundamental y los plasmas artificiales; física atmosférica , que investiga los niveles inferiores de la atmósfera terrestre; y plasmas astrofísicos , que son plasmas naturales más allá del Sistema Solar.
La física espacial se remonta a los chinos que descubrieron el principio de la brújula , pero no entendían cómo funcionaba. Durante el siglo XVI, en De Magnete , William Gilbert dio la primera descripción del campo magnético de la Tierra , mostrando que la Tierra misma es un gran imán, lo que explica por qué la aguja de una brújula apunta al norte. Las desviaciones de la declinación magnética de la aguja de la brújula se registraron en las cartas de navegación, y un estudio detallado de la declinación cerca de Londres realizado por el relojero George Graham dio como resultado el descubrimiento de fluctuaciones magnéticas irregulares que ahora llamamos tormentas magnéticas, llamadas así por Alexander Von Humboldt . Gauss y William Weber hicieron mediciones muy cuidadosas del campo magnético de la Tierra que mostraron variaciones sistemáticas y fluctuaciones aleatorias. Esto sugería que la Tierra no era un cuerpo aislado, sino que estaba influenciada por fuerzas externas, especialmente del Sol y la aparición de manchas solares . Anders Celsius y Olof Peter Hiorter observaron una relación entre las auroras individuales y las perturbaciones geomagnéticas que las acompañan en 1747. En 1860, Elias Loomis (1811-1889) demostró que la mayor incidencia de auroras se observa dentro de un óvalo de 20 a 25 grados alrededor del polo magnético. En 1881, Hermann Fritz publicó un mapa de los "isochasmos" o líneas de campo magnético constante.
A finales de la década de 1870, Henri Becquerel ofreció la primera explicación física para las correlaciones estadísticas que se habían registrado: las manchas solares debían ser una fuente de protones rápidos. Son guiados hacia los polos por el campo magnético de la Tierra. A principios del siglo XX, estas ideas llevaron a Kristian Birkeland a construir una terrella , o dispositivo de laboratorio que simula el campo magnético de la Tierra en una cámara de vacío y que utiliza un tubo de rayos catódicos para simular las partículas energéticas que componen el viento solar. Se comenzó a formular una teoría sobre la interacción entre el campo magnético terrestre y el viento solar.
Sin embargo, la física espacial no comenzó en serio hasta las primeras mediciones in situ a principios de la década de 1950, cuando un equipo dirigido por Van Allen lanzó los primeros cohetes a una altura de unos 110 km. Los contadores Geiger a bordo del segundo satélite soviético, el Sputnik 2 , y del primer satélite estadounidense, el Explorer 1 , detectaron los cinturones de radiación de la Tierra, [3] posteriormente denominados cinturones de Van Allen . El Explorer 10 estudió el límite entre el campo magnético de la Tierra y el espacio interplanetario . Las futuras naves espaciales viajarían fuera de la órbita terrestre y estudiarían la composición y estructura del viento solar con mucho mayor detalle. Estos incluyen WIND (nave espacial) , (1994), Advanced Composition Explorer (ACE), Ulysses , el Interstellar Boundary Explorer (IBEX) en 2008, y Parker Solar Probe . Otras naves espaciales estudiarían el sol, como STEREO y el Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO).
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