Hay billones de partículas cargadas ( protones y electrones , los componentes básicos de la materia) que vuelan sobre tu cabeza en todo momento. Estas partículas de alta energía, que pueden viajar a una velocidad cercana a la de la luz, suelen permanecer a miles de kilómetros de la Tierra, atrapadas allí por la forma del campo magnético terrestre.
Por Lauren Blum
Sin embargo, en ocasiones ocurre un evento que puede sacarlos de su lugar y hacer que caigan electrones en la atmósfera terrestre . Estas partículas de alta energía en el espacio forman lo que se conoce como los cinturones de radiación de Van Allen , y su descubrimiento fue uno de los primeros de la era espacial. Un nuevo estudio de mi equipo de investigación ha descubierto que las ondas electromagnéticas generadas por los rayos pueden desencadenar estas lluvias de electrones.
Una breve lección de historia
Al comienzo de la carrera espacial en la década de 1950, el profesor James Van Allen y su equipo de investigación de la Universidad de Iowa recibieron el encargo de construir un experimento para volar en el primer satélite de los Estados Unidos, el Explorer 1. Diseñaron sensores para estudiar la radiación cósmica , que es causada por partículas de alta energía que se originan en el sol, la galaxia de la Vía Láctea o más allá.
Sin embargo, después del lanzamiento del Explorer 1, notaron que su instrumento estaba detectando niveles de radiación significativamente más altos de lo esperado. En lugar de medir una fuente de radiación distante más allá de nuestro sistema solar , parecían estar midiendo una fuente local y extremadamente intensa.
Esta medición condujo al descubrimiento de los cinturones de radiación de Van Allen, dos regiones con forma de rosquilla llenas de electrones e iones de alta energía que rodean el planeta.
Los científicos creen que el cinturón de radiación interior, que alcanza su punto máximo a unos 1.000 kilómetros de la Tierra, está compuesto de electrones y protones de alta energía y es relativamente estable en el tiempo.
El cinturón de radiación exterior, que se encuentra aproximadamente tres veces más lejos, está formado por electrones de alta energía. Este cinturón puede ser muy dinámico . Su ubicación, densidad y contenido energético pueden variar significativamente cada hora en respuesta a la actividad solar.
El descubrimiento de estas regiones de alta radiación no sólo es una historia interesante sobre los primeros días de la carrera espacial; también sirve como recordatorio de que muchos descubrimientos científicos han surgido por feliz casualidad.
Es una lección para los científicos experimentales, incluido yo mismo , mantener una mente abierta al analizar y evaluar los datos. Si los datos no coinciden con nuestras teorías o expectativas, puede ser necesario revisarlas.
Nuestras curiosas observaciones
Aunque enseño la historia de la carrera espacial en un curso de política espacial en la Universidad de Colorado, en Boulder, rara vez la relaciono con mi propia experiencia como científico que investiga los cinturones de radiación de la Tierra. O, al menos, no lo hacía hasta hace poco.
En un estudio dirigido por Max Feinland, un estudiante de grado de mi grupo de investigación, nos topamos con algunas de nuestras propias observaciones inesperadas de los cinturones de radiación de la Tierra. Nuestros hallazgos nos han hecho repensar nuestra comprensión del cinturón de radiación interior de la Tierra y los procesos que lo afectan.
Originalmente, nos propusimos buscar ráfagas muy rápidas (de menos de un segundo) de electrones de alta energía que ingresaban a la atmósfera desde el cinturón de radiación exterior, donde se observan típicamente.
Muchos científicos creen que un tipo de onda electromagnética conocida como «coro» puede sacar a estos electrones de su posición y enviarlos hacia la atmósfera. Se denominan ondas de coro debido al sonido característico que emiten cuando se escuchan en un receptor de radio.
Feinland desarrolló un algoritmo para buscar estos eventos en décadas de mediciones del satélite SAMPEX . Cuando me mostró un gráfico con la ubicación de todos los eventos que había detectado, notamos que varios de ellos no estaban donde esperábamos. Algunos eventos se asignaron al cinturón de radiación interior en lugar del cinturón exterior.
Este hallazgo fue curioso por dos razones. En primer lugar, las ondas de coro no son frecuentes en esta región, por lo que algo más tenía que estar liberando estos electrones.
La otra sorpresa fue encontrar electrones tan energéticos en el cinturón de radiación interior. Las mediciones de la misión Van Allen Probes de la NASA despertaron un renovado interés en el cinturón de radiación interior. Las observaciones de las sondas Van Allen sugirieron que los electrones de alta energía a menudo no están presentes en este cinturón de radiación interior, al menos no durante los primeros años de esa misión, de 2012 a 2014.
Nuestras observaciones han demostrado que, de hecho, hay momentos en que el cinturón interior contiene electrones de alta energía. La frecuencia con la que esto sucede y las condiciones en las que esto sucede son cuestiones que aún quedan por explorar. Estas partículas de alta energía pueden dañar las naves espaciales y a los seres humanos en el espacio, por lo que los investigadores necesitan saber cuándo y dónde están presentes en el espacio para diseñar mejor las naves espaciales.
Determinar al culpable
Una de las formas de perturbar los electrones en el cinturón de radiación interior y expulsarlos hacia la atmósfera de la Tierra en realidad comienza en la atmósfera misma.
Los rayos, las grandes descargas electromagnéticas que iluminan el cielo durante las tormentas eléctricas, pueden en realidad generar ondas electromagnéticas conocidas como silbidos generados por rayos .
Estas ondas pueden luego viajar a través de la atmósfera hacia el espacio, donde interactúan con los electrones en el cinturón de radiación interior, de forma muy similar a como las ondas de coro interactúan con los electrones en el cinturón de radiación exterior.
Para comprobar si los rayos estaban detrás de nuestras detecciones del cinturón de radiación interior, analizamos las explosiones de electrones y las comparamos con los datos de tormentas eléctricas . Algunas actividades de rayos parecían estar correlacionadas con nuestros eventos de electrones, pero gran parte de ellas no lo estaban.
En concreto, sólo los rayos que se produjeron justo después de las llamadas tormentas geomagnéticas provocaron las explosiones de electrones que detectamos.
Las tormentas geomagnéticas son perturbaciones en el entorno espacial cercano a la Tierra, a menudo causadas por grandes erupciones en la superficie del Sol. Esta actividad solar, si se dirige hacia la Tierra, puede producir lo que los investigadores denominan clima espacial. El clima espacial puede dar lugar a impresionantes auroras, pero también puede interrumpir el funcionamiento de los satélites y de la red eléctrica.
Descubrimos que una combinación del clima en la Tierra y el clima en el espacio produce las firmas electrónicas únicas que observamos en nuestro estudio. La actividad solar altera los cinturones de radiación de la Tierra y llena el cinturón interior con electrones de muy alta energía; luego, los rayos interactúan con estos electrones y crean las ráfagas rápidas que observamos.
Estos resultados son un buen recordatorio de la naturaleza interconectada de la Tierra y el espacio. También me sirvieron como un grato recordatorio del proceso a menudo no lineal del descubrimiento científico.
Este artículo se publica nuevamente en The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original .
