Las Sondas de Van Allen de la NASA revolucionan la visión de los cinturones de radiación

Cerca de 600 millas de la superficie de la Tierra está el primero de los enjambres de electrones en forma de dona, conocido como los cinturones de Van Allen, los cinturones de radiación. Comprenden la forma y el tamaño de las correas, que puede reducirse y se hinchan en respuesta a la radiación entrante desde el Sol, es fundamental para proteger nuestra tecnología en el espacio. La radiación dura no es buena para la salud de los satélites, por lo que los científicos desean saber solo que las órbitas podrían ponerse en peligro en diferentes situaciones.

 

(Ilustración) La idea tradicional de los cinturones de radiación incluye un cinturón externo más grande, más dinámico y un cinturón interior más pequeño, más estable con una región de ranura vacía separa los dos. Sin embargo, un nuevo estudio basado en datos de sondas de Allen de la NASA que muestra tres regiones: el cinturón interior, región de ranura y exterior de la correa, puede aparecer diferente dependiendo de la energía de electrones considerado y  en general las condiciones en la magnetosfera.

 

Créditos: NASA Goddard/Duberstein

 

Desde la década de 1950, cuando los científicos empezaron formando un cuadro de estos anillos de partículas energéticas, nuestra comprensión de su forma ha permanecido en gran parte invariable — una correa pequeña, interior, un espacio en gran parte vacío conocido como la región de la ranura y luego el cinturón exterior, que está dominado por los electrones y que es el más grande y más dinámico de los dos. Pero un nuevo estudio de los datos de las sondas de Allen de la NASA revela que la historia no puede ser tan simple.

 

(Ilustración) en las energías de electrones más alto medidas — arriba 1 megaelectron voltios (Mev) — investigadores vieron electrones en el cinturón exterior solamente.

Créditos: NASA Goddard/Duberstein

 

La forma de las correas es realmente muy diferente dependiendo del tipo de electrónica que busca," dijo Geoff Reeves del laboratorio nacional Los Alamos y el consorcio de Nueva México en Los Alamos, Nuevo México, autor principal del estudio publicado el 28 de diciembre de 2015, en la revista de investigación geofísica. "Electrones a diferentes niveles de energía se distribuyen diferentemente en estas regiones".

En lugar de la clásica imagen de los cinturones de radiación, pequeño cinturón interior, región de ranura vacía y exterior más grande de la correa, este nuevo análisis revelan que la forma puede variar de un cinturón único y continuo con ninguna región de ranura, a un cinturón interior más grande con un pequeño cinturón exterior a ningún cinturón interior en todo. Muchas de las diferencias se tratan contablemente por considerar los electrones en los diferentes niveles de energía por separado.

 

( ilustración) Correas de la radiación se ven muy diferentes en los niveles más bajos del electrón de energía medidos, aproximadamente 0,1 MeV. Aquí, el cinturón interior es mucho mayor que en la fotografía tradicional, se amplia en la región que ha sido considerado como parte de la región de ranura vacía. El cinturón exterior se disminuye y no se amplia en la medida en estas energías más bajas del electrón.

Créditos: NASA Goddard/Duberstein

 

"Es como escuchar a diferentes partes de una canción,", dijo Reeves. "El bajo de línea sonidos diferentes de la voz y las voces son diferentes de los tambores y así sucesivamente".

Los investigadores encontraron que el cinturón interior — el cinturón más pequeño en el cuadro clásico de las correas, es mucho más grande que el cinturón exterior al observar electrones con energías bajas, mientras que el exterior de la correa es más grande al observar electrones a energías más altas. En las más altas energías, la estructura del cinturón interior carece totalmente. Por lo tanto, dependiendo de lo que uno se centra en los cinturones de radiación pueden parecer que tienen estructuras muy diferentes al mismo tiempo.

 

(Ilustración) durante tormentas geomagnéticas, la región vacía entre los dos cinturones puede rellenarse completamente con electrones de baja energía. Tradicionalmente, los científicos pensaban que esta región de ranura se rellenaba sólo durante las tormentas geomagnéticas más extremas ocurre aproximadamente una vez cada 10 años. Sin embargo, nuevos datos revelan que no es infrecuente para los electrones de baja energía — hasta 0,8 MeV, puedan llenar este espacio durante casi todas las tormentas geomagnéticas.

Créditos: NASA Goddard/Duberstein

 

Estos electrones impulsado por la tormenta de aumentos y disminuciones son actualmente impredecibles, sin un patrón claro que muestra qué tipo o fuerza de la tormenta producirá qué resultados. Hay un refrán en la comunidad de física del espacio: Si has visto una tormenta geomagnética, que ve una tormenta geomagnética. Resulta que, esas observaciones se han basado en gran medida en electrones en sólo unos cuantos niveles de energía.

"Cuando miramos a través de una amplia gama de energías, empezamos a ver algunas consistencias en la dinámica de la tormenta,", dijo Reeves. "La respuesta de electrones en los diferentes niveles de energía difiere en los detalles, pero hay ciertos comportamientos comunes. Por ejemplo, se encontró que electrones se desvanecen de las regiones de ranura rápidamente después de una tormenta geomagnética, pero la situación de la región de la ranura depende de la energía de los electrones."

A menudo, el cinturón de electrones externo se expande hacia adentro hacia el cinturón interior durante tormentas geomagnéticas, rellenándose en la región de ranura con electrones de baja energía y formando un cinturón de radiación enormes. En energías más bajas, las formas de ranura más lejos de la Tierra, produciendo un cinturón interior que es más grande que el exterior de la correa. En energías más altas, la ranura de la forma más cercana a la Tierra, los tamaños comparativos de inversión.

 

Los satélites Van Allen, sondas gemelas amplían la gama de datos de electrones energéticos que podemos capturar. Además de estudiar los electrones de muy alta energía, llevando millones de electrón voltios — que había sido estudiado antes, las sondas Van Allen puede capturar información sobre electrones de baja energía que contienen sólo unos mil electronvoltios. Además, la nave mide electrones del cinturón de radiación en un número mayor de energías diferentes que antes era posible.

"Instrumentos anteriores sólo mediría cinco o diez niveles de energía en un momento", dijo Reeves. «Pero las sondas Van Allen miden cientos».

Medir el flujo de electrones a estas energías más bajas ha resultado difícil en el pasado debido a la presencia de protones en las regiones del cinturón de radiación más cercano a la Tierra. Dispara a estos protones a través de detectores de partículas, creando un fondo ruidoso que las mediciones de verdadero electrones que se necesitan para ser elegidos. Pero los datos de las sondas Van Allen  de alta resolución dicen que estos electrones de baja energía circulan mucho más cercano a la Tierra que se pensaba.

"A pesar del ruido del protón, las sondas Van Allen  puede claramente identificar las energías de los electrones y miderlos,", dijo Reeves.

"Siempre se puede modificar algunos parámetros de la teoría para lograr que coincidan con observaciones en dos o tres niveles de energía,", dijo Reeves. "Pero tener observaciones en cientos de energías es restringir las teorías que podrá combinar con las observaciones".

El Johns Hopkins laboratorio de física aplicada en Laurel, Maryland, construyó y opera la Van Allen las puntas de prueba para la dirección de misiones de ciencia de la NASA. La misión es la segunda misión en el programa de vivir con una estrella de la NASA, a cargo Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland.

Observaciones precisas, de cientos de niveles de energía, en lugar de a pocos, permitirá a los científicos crear un modelo más preciso y riguroso de lo que, exactamente, está sucediendo en los cinturones de radiación, durante tormentas geomagnéticas y durante períodos de relativa calma.

 

Sarah Frazier
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

Last Updated: Jan. 19, 2016

Editor: Rob Garner

 

Traducción: El Quelonio Volador