Los electrones relativistas en el cinturón de Van Allen interno no están presentes tanto tiempo como se pensaba

Los cinturones de radiación de la Tierra, dos regiones en forma de anillo de partículas cargadas que rodean nuestro planeta, fueron descubiertos hace más de 50 años, pero su comportamiento aún no se entiende completamente. Ahora, las nuevas observaciones de las dos sondas Van Allen (Van Allen Probes Mission) de la NASA muestran que los electrones más rápidos y enérgicos (relativistas) del cinturón de radiación interno no están presentes en el tanto tiempo como se pensaba anteriormente. Los resultados se presentan en un artículo en el Journal of Geophysical Research y muestran que normalmente no hay tanta radiación en el cinturón interno como se suponía anteriormente, una buena noticia para las naves espaciales que vuelan en la región.

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Las sondas gemelas de Van Allen siguen órbitas similares llevándolas a través de los cinturones de radiación interna y externa. JHU / APL, NASA

Las anteriores misiones espaciales no han sido capaces de distinguir los electrones de los protones de alta energía en el cinturón de radiación interno. Pero al utilizar un instrumento especial, el Espectrómetro Magnético de Electrones e Iones (MagEIS) de las sondas de Van Allen, los científicos pueden ver las partículas por separado por primera vez. Lo que han encontrado es sorprendente, normalmente no hay ninguno de estos electrones superrápidos (conocidos como electrones relativistas) en el cinturón interno, al contrario de lo que los científicos esperaban.

 

The MagEIS instrument.

Espectrómetro magnético de iones de electrones (MagEIS)

El instrumento MagEIS observa electrones e iones en los rangos de energía media. Los imanes dentro del instrumento desvían estas partículas hacia los sensores, diferenciándolos de la radiación de fondo procedente de los cinturones. Esto proporciona las mediciones más limpias de los electrones relativistas de los cinturones de radiación hasta ahora logrados.

Cada nave espacial lleva cuatro instrumentos MagEIS, cada uno cubriendo una parte separada del espectro de energía y una amplia gama de ángulos de tono.

 

 

“Hemos sabido por mucho tiempo que hay estos protones realmente enérgicos, que pueden contaminar las mediciones, pero nunca hemos tenido una buena manera de eliminarlos de las medidas hasta ahora”, dijo Seth Claudepierre, autor principal y científico de la misión Van Allen Probes.

Comportamiento interior de las cinturones de van Allen:

                           

 

De los dos cinturones de radiación, los científicos han entendido desde hace tiempo que el cinturón exterior es el activo. Durante las intensas tormentas geomagnéticas, cuando las partículas cargadas provenientes del sol atraviesan el sistema solar, el cinturón de radiación exterior pulsa dramáticamente, creciendo y encogiéndose en respuesta a la presión de las partículas solares y el campo magnético. Mientras tanto, el cinturón interior mantiene una posición estable por encima de la superficie de la Tierra. Los nuevos resultados, sin embargo, muestran que la composición del cinturón interno no es tan constante como lo habían supuesto los científicos.

Ordinariamente, el cinturón interno está compuesta de protones de alta energía y electrones de baja energía. Sin embargo, después de una tormenta geomagnética muy fuerte, como la registrada en junio de 2015, los electrones relativistas fueron empujados profundamente al cinturón interno.

Durante una fuerte tormenta geomagnética, los electrones a energías relativistas, que usualmente sólo se encuentran en el cinturón de radiación externo, se empujan cerca de la Tierra y pueblan el cinturón interno. Mientras que los electrones en la región del espacio se descomponen rápidamente, los electrones del cinturón interno pueden permanecer durante muchos meses. Crédito: Mary Pat Hrybyk-Keith.

Las conclusiones fueron visibles por la forma en que se diseñó el instrumento MagEIS. El instrumento crea su propio campo magnético interno, que le permite clasificar las partículas en función de su carga y energía. Al separar los electrones de los protones, los científicos pueden comprender qué partículas contribuyen a la población de partículas en el cinturón interior.

“Cuando procesamos cuidadosamente los datos y eliminamos la contaminación, podemos ver cosas que nunca hemos podido ver antes”, dijo Claudepierre. “Estos resultados están cambiando totalmente la forma en que pensamos en el cinturón de radiación en estas energías”.

Dada la rareza de las tormentas solares, que pueden inyectar electrones relativistas en el cinturón interno, los científicos ahora comprenden que normalmente hay niveles más bajos de radiación allí, un resultado que tiene implicaciones para las naves espaciales que vuelan en la región. Saber exactamente cuánta radiación está presente puede permitir a científicos e ingenieros diseñar satélites más ligeros y más baratos adaptados para soportar los niveles de radiación menos intensos que encontrarán.

Además de proporcionar una nueva perspectiva sobre el diseño de naves espaciales, los descubrimientos abren un nuevo campo para los científicos.

“Esto abre la posibilidad de hacer una ciencia que antes no era posible”, dijo Shri Kanekal, investigador de la misión de la misión Van Allen Probes en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA que no participó en el estudio. “Por ejemplo, ahora podemos investigar en qué circunstancias estos electrones penetran en la región interna y ver si las tormentas geomagnéticas más intensas dan electrones que son más intensos o más enérgicos”.

La Van Allen Probes es la segunda misión en el programa Living with a Star de la NASA y una de las muchas misiones de heliofísica de la NASA que estudian nuestro entorno cercano a la Tierra. El tándem espacial se hunde a través de los cinturones de radiación de cinco a seis veces al día en una órbita altamente elíptica, con el fin de comprender los procesos físicos que agregan y eliminan electrones de la región.

Imagen de Portada:

Dos grandes haces de radiación alrededor de la Tierra, conocidos como los Cinturones Van Allen, fueron descubiertos en 1958. El  nuevo estudio muestra que normalmente no hay tanta radiación en el cinturón interno como se suponía anteriormente, buenas noticias para las naves que vuelan en la región. Crédito: NASA / Van Allen Sondas / Goddard Space Flight Center.

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El blog de GAME: http://blog.meteorologiaespacial.es/ LA Web de GAME: http://www.meteorologiaespacial.es/

Fuentes:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JA023719/abstract

 

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