Plasmas en atmósferas planetarias

Las investigaciones llevadas a cabo en esta sublínea se enmarcan en la temática de la Electricidad Atmosférica y, en particular, en el estudio de los plasmas y descargas eléctricas transitorias que tienen lugar en atmósferas de planetas terrestres (Venus, Tierra, Marte) y gigantes gaseosos del Sistema Solar (Júpiter, Saturno).

Actualmente, nuestras investigaciones están enfocadas en el estudio fundamental de rayos en la atmósfera terrestre (descargas eléctricas en la troposfera terrestre) así como en la naturaleza de los Fenómenos Transitorios Luminiscentes (TLEs según sus siglas en inglés) inducidos por rayos como, por ejemplo, Sprites, Halos y Chorros Azules (Blue Jets) que son frecuentes en la mesosfera y estratosfera terrestre. Asimismo, estudiamos la posible influencia de TLEs en las propiedades químicas y eléctricas de la atmósfera terrestre a escala local y global. Estas investigaciones están financiadas por proyectos conseguidos en el marco de convocatorias regionales, nacionales y de la UE (programa H2020).

Light emissions in the first positive system of N2 for a sprite streamer and a bead at 78 km altitude. The optical emissions are averaged over an exposure time of 0.1 ms

Por otro lado, en el marco de un proyecto «ERC Consolidator Grant» conseguido recientemente por el investigador Alejandro Luque, el grupo ha comenzado (desde mediados de 2016) investigaciones de carácter fundamental sobre (i) los mecanismos de formación y propagación de rayos en la atmósfera terrestre así como sobre (ii) los procesos que podrían explicar las emisiones transitorias de radiación electromagnética de altas energías – emisiones X y gamma ó Transient Gamma-ray Flashes (TGFs) – procedentes de rayos. Estas investigaciones se llevan a cabo desde una perspectiva computacional con idea de desarrollar nuevos modelos capaces de integrar diferentes escalas espacio temporales. El estudio computacional de la dinámica de rayos venía siendo financiado por otros proyectos nacionales desde 2015.

Cloud to ground (CG) lightning (brightest channel) in the Earth troposhere. Intra and Inter-Cloud lightning are also visible

Con objeto de alcanzar nuestros objetivos, seguimos dos aproximaciones. Por un lado, usamos y desarrollamos modelos para estudiar la cinética atmosférica y electrodinámica de rayos, TLEs y TGFs y, por otro, desarrollamos (en colaboración con la Unidad de Desarrollo Tecnológico (UDIT) del IAA) diferentes tipos de instrumentación científica para medir propiedades de los rayos y TLEs que comparamos con las predicciones de nuestros modelos. Desde 2013 está en funcionamiento el instrumento GRASSP (GRanada Sprite Spectrograph and Polarimeter) y actualmente estamos en fase de diseño y desarrollo de un nuevo espectrómetro de alta velocidad para el estudio de rayos.

El grupo participa activamente en misiones espaciales (ASIM de ESA, TARANIS de CNES) y desde misiones con globos estratosféricos (ORISON de H2020 aún en fase de desarrollo) para el estudio de fenómenos de actividad eléctrica desde el espacio y desde la estratosfera.

Time evolution of the reduced electric field E∕N in the atmosphere of Venus under different intra-cloud (IC) lightning discharges with total released energy of 1010 J, 2 × 1010 J, and 1011 J. Four snapshots are shown for each energy. The discharge length of the IC channel in this case is 10 km, and the radius of the spheres (acting as clouds) that contain the charges is set to 2.5 km

El grupo de investigación sobre Plasmas Transitorios en Atmósferas Planetarias (TRAPPA) es relativamente reciente (comenzó su andadura en el IAA a finales de 2008) y aún está en fase de crecimiento; en noviembre de 2016 cuenta con siete miembros, dos de los cuales son ingenieros.