http://ciencia.nasa.gov/headlines/y2010/15jul_thermosphere.htm?list717736

Misterioso colapso de la atmósfera superior de la Tierra
Los científicos están perplejos ante una disminución de la atmósfera superior terrestre más pronunciada de lo esperado, lo cual ocurrió durante el profundo mínimo solar de 2008–2009.

Julio 15, 2010: Investigadores, financiados por la NASA, están monitorizando un evento importante en la atmósfera de nuestro planeta. A gran altitud sobre la superficie de la Tierra, en el sitio donde la atmósfera se encuentra con el espacio, una capa de gas enrarecido, llamada "termósfera", colapsó recientemente y está ahora rebotando nuevamente.

"Esta es la contracción más pronunciada de la termósfera en, al menos, 43 años", dice John Emmert, del Laboratorio de Investigación Naval, quien es el autor principal de un artículo que anunció el hallazgo, en la edición del 19 de junio de Geophysical Research Letters (GRL o Cartas de Investigación en Geofísica, en idioma en español). "Esto constituye un récord de la Era Espacial".


Derecha: Las capas de la atmósfera superior de la Tierra. Crédito de la imagen: John Emmert/NRL. [Imagen ampliada]
El colapso ocurrió durante el profundo mínimo solar que tuvo lugar en 2008–2009 (un hecho que por sí solo no sorprende a los científicos). La termósfera siempre se enfría y se contrae cuando hay poca actividad solar. En esta ocasión, sin embargo, la magnitud del colapso fue de dos a tres veces mayor de lo que podría atribuirse a la baja actividad solar.

"Está ocurriendo algo que no entendemos", dice Emmert.

El rango de altura de la termósfera varía desde los 90 km hasta más allá de los 600 km. Es el dominio de los meteoros, de las auroras y de los satélites que pasan rozando la termósfera en su recorrido alrededor de la Tierra. También es donde la radiación solar hace el primer contacto con nuestro planeta. La termósfera intercepta los fotones del ultravioleta extremo (UVE) del Sol antes de que alcancen el suelo. Cuando la actividad solar es alta, el UVE solar calienta la termósfera, causando de ese modo que se infle como un malvavisco sostenido sobre una fogata. (Este calentamiento puede hacer que las temperaturas suban hasta los 1400 K —de allí el nombre termósfera.) Cuando la actividad solar es baja, ocurre lo opuesto.

Recientemente, la actividad solar ha sido muy baja. En 2008 y 2009, el Sol se adentró en un mínimo solar como los que ocurren solamente una vez cada siglo. Se presentaron pocas manchas solares, casi no se produjeron erupciones solares y la radiación UVE del Sol estuvo en un nivel muy bajo. Los investigadores inmediatamente dirigieron su atención a la termósfera para ver qué ocurriría.


Arriba: Estas gráficas muestran cómo la densidad de la termósfera (a una altura de referencia de 400 km) ha crecido y decrecido durante los cuatro ciclos solares anteriores. Los recuadros (a) y (c) muestran la densidad; el recuadro (b) indica la intensidad de las ondas de radio que provienen del Sol a una longitud de onda de 10,7 cm, un indicador clave de actividad solar. Obsérvese la región marcada con un círculo amarillo. En 2008 y 2009, la densidad de la termósfera fue un 28% más baja de lo que se esperaba, tomando como base los mínimos solares previos. Crédito de la figura: Emmert y colaboradores (2010), Geophys. Res. Lett., 37, L12102.
¿Cómo se puede saber qué está ocurriendo en la termósfera?

Emmert emplea una ténica ingeniosa. Debido a que los satélites experimentan arrastre aerodinámico cuando se mueven a través de la termósfera, es posible monitorizar las condiciones que allí imperan observando el decaimiento orbital de los satélites. Él analizó las tasas de decaimiento de más de 5.000 satélites en un rango de altitudes desde los 200 hasta los 600 km y en un período de tiempo que cubre desde 1967 hasta 2010. Esto proporcionó una muestra única, en tiempo y espacio, de la densidad, de la temperatura y de la presión termosféricas, la cual abarca casi toda la Era Espacial. De esta manera, el científico descubrió que el colapso termosférico que tuvo lugar en 2008–2009 fue no solamente más pronunciado de lo que se esperaba, sino también más grande de lo que la actividad solar puede explicar.

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Una explicación posible es la presencia de dióxido de carbono (CO2).

Cuando el dióxido de carbono alcanza la termósfera, funciona como un refrigerante, extrayendo calor a través de la radiación infrarroja. Bien se sabe que los niveles de CO2 de la atmósfera terrestre han aumentando recientemente. El CO2 adicional en la termósfera pudo haber incrementado el enfriamiento causado por el mínimo solar.

"Pero los cálculos no concuerdan del todo", dice Emmert. "Incluso si se toma en cuenta el CO2 usando nuestro conocimiento más avanzado acerca de cómo funciona como refrigerante, no podemos explicar completamente el colapso de la termósfera".

Según Emmert y sus colegas, el bajo nivel de UVE solar explica el 30% del colapso. El CO2 adicional explica otro 10%. Esto hace que quede hasta un 60% del tema sin explicación alguna por el momento.


Derecha: Un video del NCAR (National Center for Atmospheric Research o Centro Nacional de Investigación Atmosférica, en idioma español) muestra cómo el dióxido de carbono calienta la atmósfera inferior, pero enfría la atmósfera superior. [Más información]
En el artículo publicado en GRL, los autores reconocen que la situación es un tanto complicada. Hay más en juego que meramente el UVE solar y el CO2 terrestre. Por ejemplo, las tendencias climáticas globales podrían cambiar la composición de la termósfera, alterando sus propiedades térmicas y la manera en que responde a estímulos externos. Podría suceder que la sensibilidad de la termósfera a la radiación solar esté aumentando.

"Las anomalías en la densidad", escribieron, "podrían significar que se ha alcanzado un punto crítico climatológico, aún no identificado, ligado a un balance de energía y a procesos químicos".

O quizás no.

Se podrían encontrar pistas importantes en la forma en que la termósfera rebota. El mínimo solar está ahora llegando a su fin, la radiación UVE del Sol está incrementándose y la termósfera está comenzando a hincharse de nuevo. La forma exacta en que esta recuperación ocurra podría revelar la importancia relativa de las contribuciones que provienen de fuentes solares y terrestres.

"Continuaremos monitorizando la situación", dice Emmert.

Para obtener más información, sírvase consultar: Emmert, J. T., J. L. Lean y J. M. Picone (2010), Record–low thermospheric density during the 2008 solar minimum (Densidad termosférica récord durante el mínimo solar de 2008), Geophys. Res. Lett., 37, L12102.