Martes 26 de octubre de 2021, 14:14 (TU)

Descubren un escudo invisible que protege a la Tierra de los «electrones asesinos»

Un equipo de científicos que analizó los datos obtenidos por las sondas espaciales gemelas Van Allen, en órbita terrestre desde agosto de 2012, descubrió la existencia de un escudo invisible que bloquea el paso de los denominados «electrones asesinos», que se mueven alrededor de nuestro planeta a velocidades cercanas a la de la luz y representan una amenaza para astronautas, naves espaciales y satélites durante las tormentas solares intensas.

Esta barrera, impenetrable para los electrones de alta energía, se encuentra en el interior de los denominados cinturones de radiación de Van Allen, que rodean a la Tierra formando dos anillos en forma de rosquilla, ubicados entre los 1.000 y los 50.000 kilómetros de altura, donde el campo magnético terrestre hace que se concentren partículas altamente energéticas provenientes del viento solar y los rayos cósmicos. Estos cinturones fueron el primer descubrimiento significativo de la era espacial; en 1958, el físico James Van Allen y su equipo de la Universidad de Iowa confirmaron su existencia a partir de las observaciones del primer satélite estadounidense, el Explorer 1.

Los cinturones de radiación de Van Allen están ubicados en la región interior de la magnetósfera de la Tierra, tambien llamada plasmasfera. El cinturón exterior está formado en gran parte por electrones de alta energía, y éstos se desplazan a velocidades ultrarelativistas, es decir, cercanas a la velocidad de la luz. Tanto el cinturón exterior como el interior se expanden o contraen en respuesta al nivel de actividad solar, que determina la cantidad de energía que alcanza nuestro planeta.

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Las sondas gemelas de la misión Van Allen (previamente conocida como RBSP, o sondeo de tormentas en los cinturones de radiación, por sus siglas en inglés) atraviesan en tándem los cinturones de radiación que rodean a nuestro planeta. Créditos: JHU/APL, NASA.

Durante las tormentas solares más intensas, la expansión de estos cinturones puede resultar peligrosa, ya que son capaces de alcanzar la órbita baja terrestre, a unos 300 kilómetros de nuestro planeta. La exposición a niveles de radiación tan elevados puede causar daños severos en los componentes electrónicos de los satélites y naves espaciales orbitando a esa altura, además de ser sumamente nociva para la salud de los astronautas en la ISS. Por esto, los electrones ultrarelativistas reciben el apodo de «electrones asesinos».

Las sondas Van Allen son dos satélites idénticos de la NASA que describen órbitas altamente elípticas, de una altura mínima de 600 kilómetros a una máxima de 37.000 kilómetros sobre la superficie terrestre. Esto les permite atravesar permanentemente los dos cinturones de radiación que rodean a nuestro planeta, y estudiar in situ esas regiones.

Basándose en las observaciones de estas sondas, un equipo liderado por el físico Daniel Baker, de la Universidad de Colorado en Boulder, descubrió la existencia de un tercer cinturón de caracter temporario, una especie de «anillo de almacenamiento» entre el cinturón de radiación interior y el exterior, que crece de manera proporcional a la intensidad de la actividad solar. «De forma parecida a los escudos que las naves usan para repeler el impacto de las armas enemigas en el clásico de la ciencia ficción Star Trek, estamos detectando una barrera invisible que bloquea el paso de los electrones más energéticos y les impide acercarse a nuestro planeta», indicó Baker.

Los electrones de alta energía, que circulan alrededor de nuestro planeta contenidos en los cinturones de Van Allen, se mueven a velocidades de más de 160.000 kilómetros por segundo. Las sondas Van Allen determinaron que este tercer cinturón se encuentra a unos 2,8 radios terrestres (11.600 kilómetros de altura) sobre la superficie de nuestro planeta, evitando que los electrones ultrarelativistas se acerquen más allá de ese punto.

La plasmasfera, una nube de gas frío y eléctricamente cargado que envuelve a la Tierra, interactúa con las partículas en los cinturones de radiación de Van Allen para crear una barrera impenetrable que impide a los electrones ultrarelativistas acercarse a nuestro planeta. Créditos: NASA/Goddard.
La plasmasfera, una nube de gas frío y eléctricamente cargado que envuelve a la Tierra, interactúa con las partículas en los cinturones de radiación de Van Allen para crear una barrera impenetrable que impide a los electrones ultrarelativistas acercarse a nuestro planeta. Créditos: NASA/Goddard.

El equipo de Baker estudió varios escenarios que podrían justificar la creación y el mantenimiento de una barrera tan rígida. En un principio descartaron que la respuesta tuviera que ver con las líneas del campo magnético terrestre, que capturan y confinan protones y electrones del espacio interplanetario, haciéndolos «rebotar» de un polo magnético a otro como si se tratara de cuentas en un collar.

Los científicos también analizaron la posibilidad de que la dispersión de los electrones fuera causada por las señales de radio provenientes de equipos transmisores VLF de muy baja frecuencia. Sin embargo, a pesar de que ese tipo de transmisiones puede alcanzar las capas superiores de la atmósfera, sólo afecta a los electrones de carga eléctrica moderada o baja.

«La naturaleza generalmente aborrece los gradientes tan fuertes, y encuentra formas de suavizarlos a lo largo del tiempo. Por eso, esperábamos descubrir que algunos de los electrones relativistas se movían hacia el interior del cinturón y otros hacia el exterior», explicó Baker. «Todavía no sabemos exactamente cómo los procesos lentos y graduales que gobiernan los movimientos de estas partículas pueden conspirar para crear una barrera tan rígida para los electrones en esa región del espacio».

Basándose en los datos de las sondas Van Allen y sus propios cálculos, los científicos creen que la existencia de este escudo natural se debe a un fenómeno denominado «siseo plasmasférico». La nube gigante de gas frío y eléctricamente cargado que compone la plasmasfera, que se inicia a unos 1.000 kilómetros sobre la superficie de la Tierra y se extiende por miles de kilómetros hacia el interior de los cinturones de Van Allen, podría estar dispersando los «electrones asesinos» al generar ondas electromagnéticas de baja frecuencia.

El «siseo» plasmasférico recibe su nombre por el sonido, similar al ruido blanco de la estática, que produce al escucharlo a través de un altavoz. Al parecer, los electrones ultrarelativistas son desviados por esas ondas y se destruyen al interactuar con los átomos de gas neutro en las capas superiores de la atmósfera terrestre.

Fuentes consultadas: Nature | Universidad de Colorado en Boulder

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