Quizá estés leyendo este artículo mientras te tomas un café. Al removerlo con la cucharilla, en el líquido se van formando vórtices que generan remolinos cada vez más pequeños y terminan por desaparecer. Podríamos describir este fenómeno como una cascada de vórtices de tamaño descendente. Además, el movimiento de la cucharilla pone el líquido caliente en contacto con el aire más frío, por lo que el calor del café puede escapar de forma más eficiente a la atmósfera y este se enfría.
En el espacio encontramos un efecto similar en las partículas atómicas cargadas eléctricamente -el plasma de viento solar- que libera nuestro Sol, aunque con una diferencia fundamental: en el espacio no hay aire. Aunque la energía emitida por el Sol en el viento solar se transfiere a escalas cada vez menores en cascadas de turbulencias, como sucede con el café, se ha visto que la temperatura del plasma aumenta en vez de disminuir, ya que no hay aire frío que la detenga.
El modo exacto en que se calienta el plasma de viento solar es un tema candente de la física espacial, ya que está más caliente de lo que se esperaría en un gas en expansión y apenas se producen colisiones. Algunos científicos han sugerido que podría deberse al carácter turbulento del plasma de viento solar.
Ahora, una serie de simulaciones por superordenador están contribuyendo a comprender estos movimientos complejos. La imagen aquí mostrada procede de una de estas simulaciones: representa la distribución de la densidad de corriente en el plasma de viento solar turbulento. En ella, los filamentos y vórtices localizados aparecen como consecuencia de la cascada de energía turbulenta. Los colores azul y amarillo muestran las corrientes más intensas (en azul para los valores negativos y amarillo para los positivos).
Estas estructuras coherentes no son estáticas, sino que evolucionan en el tiempo e interactúan entre sí. Además, entre las islas, la corriente es muy intensa y crea regiones de elevado estrés magnético y, en ocasiones, un fenómeno conocido como reconexión magnética. Es decir, cuando las líneas de campos magnéticos en sentido opuesto se acercan, pueden realinearse repentinamente, formando nuevas configuraciones y liberando grandes cantidades de energía que pueden provocar un calentamiento localizado.
Este tipo de efectos han sido observados en el espacio, por ejemplo, por el cuarteto de satélites Cluster de la Agencia Espacial Europea (ESA) en órbita terrestre, en el viento solar. Cluster también descubrió signos claros de remolinos turbulentos de hasta varias decenas de kilómetros mientras el viento solar interactuaba con el campo magnético de la Tierra.
Esta cascada de energía puede contribuir al calentamiento general del viento solar, una cuestión que también intentará abordar la futura misión Solar Orbiter de la ESA.
Entretanto, ¡disfrutemos de las cascadas turbulentas que forman los vórtices de nuestros cafés!
Más información:
D. Perrone et al. 2012. Vlasov simulations of multi-ion plasma turbulence in the solar wind. The Astrophysical Journal, Volume 762, Number 2. DOI:10.1088/0004-637X/762/2/99
S. Servidio et al. 2014. A kinetic model of plasma turbulence. Journal of Plasma Physics. DOI: 10.1017/S0022377814000841
F Valentini et al. 2016 . Differential kinetic dynamics and heating of ions in the turbulent solar wind. New Journal of Physics. DOI: 10.1088/1367-2630/18/12/125001
