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Planeterrella es un experimento que intenta reproducir el fenómeno de las auroras, en el laboratorio.
Entre 1896 y 1917 el físico noruego Kristian Birkeland diseñó un experimento llamado Terrella, que lo ayudó a entender el mecanismo de formación de las luces polares. Consistía en electrones bombardeando una esfera magnetizada en un vacío. En su mente, le pistola de electrones representaba al Sol, y la esfera magnetizada era nuestro planeta.
Un siglo después, la experiencia ha sido totalmente redefinida por Jean Lilensten, Director de investigaciones de CNRS en el Laboratorio de Planetología de Grenoble. Junto con sus colaboradores y estudiantes recreó aquel dispositivo, pero de forma más flexible ya que permite simular muchas interacciones entre estrellas y planetas. Es Planeterrella.
Presentación
Una estrella es un objeto que emite energía en la forma de radiación y partículas eléctricas (electrones e iones). El viento de partículas es llamado "viento estelar" y, en el caso del Sol, el "viento solar". En el experimento se pueden conectar un ducto eléctrico (un tubo de metal) y/o uno o dos esferas a un polo negativo de un generador (que no es más que una gran batería que produce energía continua). Hay varias configuraciones de Planeterrella.
En el centro de una pequeña esfera hay un dipolo magnético de intensidad de 800 mT (militeslas).
El polo norte magnético está localizado en el "norte" del "planeta" y el Polo sur magnético en el "sur", es decir que el eje es vertical. En la esfera mayor, hay dos imanes, cada uno con 400 mT, pero están adheridos a la esfera en su interior. Su eje está inclinado 20º con respecto a la vertical. Estas configuraciones pueden ser cambiadas.
Detalles técnicos:
Para la Planeterrella se usó una cámara de vacío de 50 litros de volumen hecha en Plexiglas con una base de aluminio. En el interior hay un ducto eléctrico montado en una rueda. Las esferas están montadas en bases que se mueven arriba y abajo.
Las esferas son huecas, de cinco y diez centímetros de diámetro. Están hechas de dos mitades roscadas.
Usa una fuente de alimentación de alta tensión de 10 kV de la firma Leybold Didactic y una bomba de vacío de Alcatel. También usa imanes de tierras raras, un sensor de tensión y otros artículos cuyo valor total alcanza los 12 mil euros.
Los datos precisos de construcción no figuran en el sitio, pero se indica que para educación e investigación la asistencia en la construcción es gratuita y puede ser solicitada.
http://www.youtube.com/watch?v=ucnQFe5Hpow
¿Planeterrella predictiva?
Las diferentes configuraciones permiten ser usadas para simular diferentes situaciones. Pero, ¿Se puede usar para hacer predicciones?
El plano en el que los planetas orbitan alrededor del Sol es llamado plano de la eclíptica. Los planetas también tienen su propia rotación, alrededor de su eje geográfico. La Tierra rota sobre sí misma en 24 horas. Suele ocurrir que el eje de rotación esté inclinado de la vertical, lo que posibilita el fenómeno de las estaciones. La Tierra tiene una inclinación de 23,3 grados. Mercurio no está inclinado, Venus tiene una inclinación de -2º (negativo porque lo hace en la dirección opuesta a la nuestra). Saturno y Neptuno tienen una gran inclinación, de 27º, pero Urano les gana a todos con 97º.
Se pensó que el eje norte-sur magnético debería ser más o menos similar al eje de rotación. Pero no es así. El campo magnético terrestre está inclinado 11.3º con respecto al eje geográfico, el de Neptuno 47º, y el de Urano 59º.
¿Cómo son las auroras en Urano?
El Telescopio Espacial Hubble identificó, en el lado diurno del planeta, la presencia de auroras y el telescopio Keck fotografió un óvalo de aurora en el mismo lado del planeta.
(ver por ejemplo:
http://www.berkeley.edu/news/media/releases/2004/11/10_uranus.shtml
http://thunderbolts.info/forum/phpBB3/viewtopic.php?p=6106
http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/1999/11/).
Con la Planeterrella se puede hacer una simulación, según los autores, del sistema Sol-Urano. No es una simulación verdaderamente científica, en el sentido de no tener un modelo numérico.
Con el dispositivo se disparó electrones directamente al Polo Norte de la esfera. En el lado diurno se vio una aurora y un óvalo alrededor, al igual que en las observaciones espaciales.
Pero en el lado nocturno, que no es posible ver desde observatorios terrestres porque la Tierra está entre el Sol y Urano, se vio una brillante aurora oval conectada a la diurna. Quizás alguna misión espacial futura pueda hacer corresponder esta pequeña simulación con la realidad.
http://www.youtube.com/watch?v=H3vweNL-Kgk
El equipo de Planeterrella está compuesto por Jean LILENSTEN, de CNRS; Mathieu BARTHÉLÉMY; Cyril SIMON; Guillaume Gronoff; Philippe JEANJACQUOT; Olivier Brissaud; Baptiste Cecconi; Laurent Lamy; Carine Briand; JF Donati.
¿Qué son las auroras?
Las auroras son un fenómeno natural visibles a simple vista. En el hemisferio norte se las llama Auroras borealis o luces del norte. En el hemisferio sur se las llama auroras australis. Se trata del efecto más visible de la actividad del Sol en la atmósfera terrestre. La mayoría de las auroras ocurren en las regiones más al norte o más al sur. El color más común es el verde y suelen ocurrir a entre 97 y 1000 kilómetros sobre la superficie de nuestro planeta.
El fenómeno está asociado al viento solar, un flujo continuo de partículas eléctricamente cargadas del Sol. Cuando estas partículas alcanzan el campo magnético de la Tierra, algunas quedan atrapadas y viajan hacia los polos magnéticos. Cuando estas partículas cargadas chocan con átomos y moléculas en la atmósfera, se libera energía que forma las auroras.
Suelen ocurrir durante la fase más intensa del ciclo solar de once años. Durante ese tiempo las manchas solares se incrementan. Violentas erupciones de la superficie solar, conocidas como erupciones solares, están asociadas a las manchas. Electrones y protones liberados por las erupciones se añaden a las partículas que interactúan con la atmósfera terrestre.
¿Dónde puedo ver fotos de auroras?
Las más fotografiadas, las auroras del norte, tienen una página con decenas de enlaces al respecto.
La reciente erupción solar de principios de agosto generó hermosas auroras. El sitio Spaceweather suele tener información actualizada sobre el "clima espacial", lo que incluye la actividad del Sol y el fenómeno de las auroras.
Fuentes y links relacionados
- Physicsworld.com: An aurora in the laboratory, por Margaret Harris.
- The Planeterrella, a pedagogic experiment in planetology and plasma physics
Jean Lilensten, Mathieu Barthélemy, Cyril Simon, Philippe Jeanjacquot and Guillaume Gronoff
ACTA GEOPHYSICA
Volume 57, Number 1, 220-235,
DOI: 10.2478/s11600-008-0079-x - Jean Lilensten recibe el primer premio Europlanet a la excelencia
Sobre las imágenes
- Imágenes de Planeterrella en acción de Mathieu Senet.
- Imágenes del dispositivo de Planeterrella.
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