La física espacial , también conocida como física del plasma espacial , es el estudio de los plasmas naturales que se forman en 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 tanto una ciencia pura como una ciencia aplicada , con aplicaciones en la transmisión de radio , operaciones de naves espaciales (en particular, satélites de comunicaciones y meteorológicos ) y en la meteorología . Los procesos físicos importantes en la física espacial incluyen la reconexión magnética , la radiación de sincrotrón , las corrientes de anillo , las ondas de Alfvén y las inestabilidades del plasma . Se estudia utilizando mediciones directas in situ mediante cohetes de sondeo 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; la física atmosférica , que investiga los niveles inferiores de la atmósfera de la Tierra; y los 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 comprendían cómo funcionaba. Durante el siglo XVI, en De Magnete , William Gilbert dio la primera descripción del campo magnético de la Tierra , demostrando que la Tierra en sí es un gran imán, lo que explicaba por qué la aguja de una brújula apunta hacia el 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 realizado cerca de Londres 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 realizaron mediciones muy cuidadosas del campo magnético de la Tierra que mostraron variaciones sistemáticas y fluctuaciones aleatorias. Esto sugirió que la Tierra no era un cuerpo aislado, sino que estaba influenciada por fuerzas externas, especialmente del Sol y la aparición de manchas solares . En 1747, Anders Celsius y Olof Peter Hiorter descubrieron una relación entre las auroras y las perturbaciones geomagnéticas que las acompañan. 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 las "isochasmas" o líneas de campo magnético constante.
A finales de la década de 1870, Henri Becquerel ofreció la primera explicación física de las correlaciones estadísticas que se habían registrado: las manchas solares deben ser una fuente de protones rápidos, que 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. Comenzó a formularse una teoría sobre la interacción entre el campo magnético de la Tierra y el viento solar.
La física espacial comenzó en serio con 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 alrededor de 110 km. Los contadores Geiger a bordo del segundo satélite soviético, Sputnik 2 , y el primer satélite estadounidense, Explorer 1 , detectaron los cinturones de radiación de la Tierra, [3] más tarde llamados cinturones de Van Allen . El límite entre el campo magnético de la Tierra y el espacio interplanetario fue estudiado por Explorer 10. Las futuras naves espaciales viajarían fuera de la órbita terrestre y estudiarían la composición y la estructura del viento solar con mucho más detalle. Estas 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 Solar and Heliospheric Observatory (SOHO).
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