Los electrones atrapados en el cinturón de radiación exterior de Van Allen, una región en forma de rosquilla de partículas de alta energía que rodean la Tierra, que se mantiene en su lugar por el campo magnético de nuestro planeta, pueden tener velocidades que se aproximan a la velocidad de la luz. Pero el número de estos electrones “asesinos” varían ampliamente: unos pocos un día, muchos al siguiente. La causa ha desconcertado a los científicos – hasta ahora.
Disposición de los Cinturones de Van Allen, en el cinturón exterior quedan los electrones
El porqué los electrones pasan rápidamente a ser abundantes ha sido debatido durante más de una década, con dos teorías que son consideradas como las más viables. Ahora, los físicos del Laboratorio Nacional de Los Álamos (LANL) han verificado una de estas teorías usando datos recopilados de varios satélites. La investigación, publicada en el ejemplar de septiembre de la revista Nature Physics, puede llevar a unos mejores modelos del clima espacial, lo cual podría ayudar a los científicos a perdecir cuando los electrones de energía ultra-alta serán más abundantes y, por tanto, más peligrosos.
“Estos electrones ‘asesinos’ pueden dañar a los astronautas e incluso a los pasajeros de las líneas de vuelo regular que pasan por las regiones polares de la Tierra”, dijo el autor principal del artículo, el físico del LANL Yue Chen, a PhysOrg.com. “Por tanto, la gente necesita saber el origen de estos electrones para desarrollar la capacidad de predecir cuando serán más numerosos. Nuestro artículo finalmente resuelve el argumento”.
El trabajo del grupo puede también ayudar finalmente a mejorar el diseño y operación de los satélites, los cuales son muy susceptibles a los efectos de la radiación y muy caros de reparar cuando se dañan. Los electrones asesinos pueden penetrar en los escudos de radiación de los satélites y generar fallos en los sistemas electrónicos de abordo.
El grupo del LANL demuestra que la aceleración de los electrones es debida principalmente a la “aceleración de onda giro-resonante”, el último resultado de un complejo efecto dominó que comienza cuando las partículas procedentes del viento solar y la ionosfera de la Tierra (la capa de la atmósfera situada entre 50 y 400 kilómetros sobre la superficie y que contiene moléculas ionizadas por la radiación solar) son inyectadas esporádicamente en el cinturón de radiación. Este influjo, que marca una distribución inestable de las partículas, excita muchas ondas electromagnéticas. L movimiento relativo de ondas y partículas a lo largo de las líneas de campo magnético del cinturón inducen un desplazamiento Doppler en la frecuencia de la onda. Más tarde, tiene lugar una interacción resonante entre las ondas desplazadas Doppler y los electrones del cinturón que están girando (moviéndose en círculos alrededor de las líneas de campo) a la misma frecuencia que las ondas – un efecto conocido como giro-resonancia.
La mayoría de electrones inyectados en el cinturón siguen trayectorias que son casi paralelas a las líneas de campo magnético, y pronto pierden energía. Pero para las electrones que se inyectaron inicialmente en ángulos más perpendiculares a las líneas de campo – aquellos con “ángulos de inclinación” mayores – la giro-resonancia tiene el efecto contrario: un serio impulso energético.
La teoría derrotada, que fue la explicación aceptada hasta que los datos de los satélites arrojaron las dudas a mediados de los años 90, es la “difusión radial”. Afirma que las fluctuaciones en los campos eléctricos y magnéticos de la magnetosfera envía electrones por difusión al cinturón procedentes de la cobertura de plasma de la Tierra, una región de partículas de energía relativamente baja que se extiende tras de la Tierra, alejada del Sol. Conforme los electrones descienden en los más potentes campos magnéticos cercanos a la Tierra, se aceleran.
Chen y sus colegas usaron distintos instrumentos para recopilar datos de electrones que finalmente les llevaron a verificar que la interacción partículas-ondas giro-resonantes son los mecanismos dominantes de aceleración. Los instrumentos incluyen el sensor de partículas energéticas de Los Álamos, el cual se encuentra a bordo de un satélite del sistema de posicionamiento global (GPS); los instrumentos de Análisis de Partículas Orbitales GEO Síncronas del laboratorio, y un conjunto de instrumentos a bordo del satélite Polar de la NASA, conocidos conjuntamente como experimento Exhaustivo de Partículas Energéticas y Distribución de Ángulo de Inclinación.
Cita: Chen, Y., Reeves, G. D. & Friedel, R. H. W. Nature Phys. 3, 614–617 (2007) Autor: Laura Mgrdichian
Fecha Original: 16 de octubre de 2007
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