Los electrones en los cinturones de Van Allen se aceleran en su interior

Una cantidad importante de fallas en las naves espaciales y los satélites son debido a la radiación en esta zona que rodea a la Tierra. Se acaba de descubrir un ultra acelerador de partículas dentro del mismo cinturón Van Allen

Un estudio de los registros de las sondas enviadas por la NASA a investigar el espacio vecino a la Tierra, reveló esta semana “un enorme” acelerador de partículas que nace dentro del mismo cinturón Van Allen, conocido como una región súper energética cargada electromagnéticamente.

“El descubrimiento de que las partículas son aceleradas por una fuente local de energía es similar al descubrimiento de que los huracanes nacen de una fuente de energía local, como una región de agua caliente del océano”, destaca la NASA y explica que en el caso de los cinturones de radiación, la fuente es una región de las ondas electromagnéticas intensas, que aprovecha la energía de otras partículas situadas en la misma región.

Los científicos ya sabían que “algo” aceleraba las partículas en los cinturones de radiación a más del 99 por ciento de la velocidad de la luz, “pero no sabían qué era ese algo”, y de dónde venía, agrega la NASA en su informe del 25 de julio.


Registros de las Sondas Van Allen evidenciaron una ultra aceleración de partículas que nace del interior de los cinturones de radiación que rodean la Tierra. Están formados por dos franjas de partículas llamadas cinturones Van Allen. Uno de los mayores aceleradores naturales en el Sistema Solar, capaces de empujar las partículas hasta un 99% la velocidad de la luz. Las sondas Van Allen que se lanzaron en agosto de 2012 (G. Reeves / M. Henderson-NASA)

Las partículas dentro de los cinturones se aceleran internamente por interacciones onda-partícula locales, impulsando las partículas a velocidades cada vez más rápidas, como un empuje perfectamente sincronizado en un columpio en movimiento, destacan los científicos.

«Este es uno de los más esperados y emocionantes resultados de las sondas de Van Allen», comunicó David Sibeck, científico del proyecto del Centro Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Md. «Se va al corazón de por qué lanzamos la misión».

Para la NASA, conocer donde se ubica la aceleración ayudará a los científicos a mejorar las predicciones del clima espacial, ya que los cambios en los cinturones de radiación pueden ser riesgosos para los satélites cercanos a la Tierra. Se conoce que los cinturones Van Allen se hinchan al recibir una carga de partículas del Sol y de esta manera pueden alcanzar a los satélites que orbitan en el entorno.

Los cinturones de radiación fueron descubiertos cuando la NASA lanzó los primeros satélites Explorer I y II que Estados Unidos envió al espacio. En ese momento se dieron cuenta de su existencia y los definieron como uno de los entornos más peligrosos que puede experimentar una nave espacial.

La NASA explica que ahora la mayoría de las órbitas de los satélites son elegidas por debajo de estos cinturones de radiación o en un círculo fuera de ellos, y algunos satélites, como la nave espacial GPS, deben funcionar entre las dos cintas.

Hasta la fecha se registra “un número importante de fallas permanentes en las naves espaciales” debido a la radiación del cinturón Van Hallen, señala el informe de la agencia estadounidense. “Ahora se intenta predecir este fenómeno con mayor antelación”, agrega.

“Podemos proteger a la tecnología de las peores consecuencias, pero esta advertencia sólo se puede lograr si realmente comprendemos la dinámica de lo que está sucediendo dentro de estas misteriosas cintas”, destaca Geoff Reeves, autor del informe y científico en el Laboratorio Nacional de Los Alamos en Los Álamos, Nuevo México.

«Hasta la década de 1990, pensamos que los cinturones de Van Allen estaban muy bien comprendidos y cambiaban poco a poco, sin embargo, con más registros, nos dimos cuenta de la rapidez y de la manera impredecible en que cambian”. “Básicamente nunca están en equilibrio, sino en un estado constante de cambio», destaca Reeves.

Efectos dispares de las tormentas solares

Los científicos hacen notar que los cinturones no cambian con respuestas similares a lo que parece ser un mismo estímulo. Se observó hasta la fecha que algunas tormentas solares intensificaron el cinturón Van Hallen, mientras que otras hicieron que los cinturones se debilitaran, e incluso algunas parecían no tener casi ningún efecto en absoluto.

“Estos efectos dispares en eventos aparentemente similares sugieren que esta región es mucho más misteriosa de lo que se pensaba”, destaca la NASA.

“Para entender y, finalmente, predecir que las tormentas solares intensificarán los cinturones de radiación, los científicos quieren saber dónde está la energía que acelera a las partículas”, agrega el informe.

Aceleración radial o local

La misión de las sondas gemelas Van Allen está estudiando la aceleración radial o aceleración local. “En la aceleración radial, las partículas son transportadas perpendicularmente a los campos magnéticos que rodean la Tierra, desde las zonas de baja intensidad magnética lejos de la Tierra a las zonas de alta intensidad magnética cercana a la Tierra”, informa la NASA.

Según las leyes de la física, las velocidades de las partículas en este escenario se acelerarán cuando aumenta la intensidad del campo magnético. La velocidad aumentaría a medida que se mueven las partículas hacia la Tierra, de la misma manera que lo hace una roca que rodando por una pendiente gana velocidad, simplemente debido a la gravedad.

En la teoría de aceleración local las partículas ganan energía de una fuente de energía local más similar a la forma en que el agua del océano caliente genera un huracán por encima de ella.


Dos franjas de partículas rodean la Tierra llamados cinturones de radiación
Van Allen (NASA/Goddard / Scientific Visualization)

Con las dos naves de la NASA, los científicos midieron las partículas y las fuentes de energía en dos regiones del espacio al mismo tiempo, lo cual permitió definir que las causas eran locales en vez de venir desde el exterior.

Cada nave espacial está equipada con sensores para medir la energía de la partícula, su posición y es capaz de determinar el ángulo del movimiento con respecto a los campos magnéticos de la Tierra. Esto ayuda a diferenciar entre las dos teorías, impulso local o impulso exterior.

Reeves y su equipo observaron un aumento rápido de la energía de los electrones energéticos en los cinturones de radiación el 9 de octubre de 2012. Ellos observaron que las partículas se movieron a través de campos magnéticos, naturalmente, saltando de una a otra en una cascada, ganando velocidad y energía a lo largo del camino, en correlación con el escenario de rocas rodando por una colina.

No se observó una intensificación que se formase más lejos de la Tierra y que poco a poco se fuera trasladando hacia el interior. En vez de esto se vio un aumento en la energía justo en el medio de los cinturones de radiación, que se extendió gradualmente tanto hacia el interior como hacia el exterior, lo que implica una fuente de aceleración local.

«En este caso en particular, toda la aceleración se produjo en aproximadamente 12 horas», dijo Reeves.

«Este trabajo ayudó a diferenciar entre las dos grandes teorías», dijo Sibeck. «Esto demuestra que la aceleración puede ocurrir a nivel local. Ahora los científicos que estudian las ondas y los campos magnéticos pasarán a hacer su trabajo y a descubrir lo que produce el empuje de la onda».

La NASA explica que la misión Van Allen, lanzada en agosto de 2012, está ahora respondiendo la primera pregunta que se hicieron entonces los científicos: cómo se aceleran las partículas en los cinturones a energías ultra altas. El segundo interrogante que se plantearon fue cómo se escapan, a veces, las partículas.

Fuente: Physics World y otros sitios. Aportado por Eduardo J. Carletti

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