Los cinturones de Van Allen pulsando de partículas solares. Crédito de la imagen: NASA / Tom Bridgman. Click para agrandar
Según una nueva investigación realizada por un equipo dirigido por la NASA, una "zona segura" en los cinturones de radiación que rodean la Tierra se mueve más alto en altitud y latitud durante los picos en la actividad solar. La zona segura ofrece intensidades de radiación reducidas a cualquier nave espacial potencial que deba volar en la región del cinturón de radiación.
"Esta nueva investigación nos acerca a comprender cómo desaparece una sección del cinturón de radiación", dijo el Dr. Shing Fung, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland. Fung es el autor principal de un artículo sobre esta investigación que aparece en el versión en línea de Geophysical Research Letters 22 de febrero.
El equipo basó sus resultados en mediciones de partículas de alta velocidad (electrones), que comprenden el "cinturón de radiación Van Allen", de la serie de naves espaciales meteorológicas de órbita polar de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica durante 1978 a 1999. A medida que la nave espacial voló En sus órbitas polares, detectaron menos partículas del cinturón de radiación en un cierto rango de latitud, lo que indica que la nave espacial pasa por zonas seguras. Los investigadores compararon los datos tomados durante períodos de actividad solar relativamente bajos, llamados mínimos solares, con datos de períodos de actividad solar pico, llamados máximos solares. Notaron un cambio en la ubicación de la zona segura hacia latitudes más altas y, por lo tanto, altitudes, durante el máximo solar.
Si los cinturones de radiación fueran visibles, se parecerían a un par de donas alrededor de la Tierra, una dentro de la otra con la Tierra en el "agujero" de la dona más interna. La zona segura, llamada "región de ranura", aparecería como un espacio entre la rosquilla interna y externa. Los cinturones en realidad están compuestos de partículas cargadas eléctricamente de alta velocidad (electrones y núcleos atómicos) que están atrapadas en el campo magnético de la Tierra.
El campo magnético de la Tierra se puede representar mediante líneas de fuerza magnética que emergen de la región polar del sur, hacia el espacio y de regreso hacia la región polar del norte. Debido a que las partículas del cinturón de radiación están cargadas, sus movimientos son guiados por las líneas de fuerza magnéticas. Las partículas atrapadas rebotarían entre los polos mientras giraban en espiral alrededor de las líneas del campo.
Las ondas de radio de muy baja frecuencia (VLF) y el gas de fondo (plasma) también están atrapados en esta región. Al igual que un prisma que puede doblar un haz de luz, el plasma puede doblar las rutas de propagación de ondas VLF, haciendo que las ondas fluyan a lo largo del campo magnético de la Tierra. Las ondas VLF despejan la zona segura al interactuar con las partículas del cinturón de radiación, eliminando un poco de su energía y cambiando su dirección. Esto reduce el lugar por encima de las regiones polares donde rebotan las partículas (llamado punto espejo). Finalmente, el punto del espejo se vuelve tan bajo que está en la atmósfera de la Tierra. Cuando esto sucede, las partículas atrapadas chocan con las partículas atmosféricas y se pierden.
Según el equipo, la zona segura se crea en una región donde las condiciones son favorables para que las ondas VLF golpeen las partículas. Su investigación es la primera indicación de que la ubicación de esta región puede cambiar con el ciclo de actividad solar. El Sol atraviesa un ciclo de actividad de 11 años, de máximo a mínimo, y regresa nuevamente. Durante el máximo solar, el aumento de la radiación ultravioleta (UV) solar calienta la atmósfera superior de la Tierra, la ionosfera, haciendo que se expanda. Esto aumenta la densidad del plasma atrapado en el campo magnético de la Tierra.
Las condiciones favorables para la interacción onda-partícula VLF dependen de la combinación específica de densidad plasmática y fuerza del campo magnético. Aunque la densidad del plasma generalmente disminuye con la altitud, la expansión de la ionosfera durante el máximo solar hace que el plasma sea más denso en la altitud mínima solar de la zona segura y obliga a la densidad plasmática favorable para que la zona segura migre a una altitud más alta. Además, la intensidad del campo magnético también disminuye con la altitud. Para encontrar la fuerza favorable del campo magnético para la zona segura en altitudes más altas, uno tendría que migrar hacia los polos (latitudes más altas), donde las líneas del campo magnético están más concentradas y, por lo tanto, son más fuertes.
"Este descubrimiento ayuda a reducir la búsqueda de la región primaria de interacción onda-partícula que crea la zona segura", dijo Fung. "Aunque ninguna nave espacial conocida usa la zona segura ampliamente ahora, nuestro conocimiento podría ayudar a la planificación y operaciones de futuras misiones que quieran aprovechar la zona".
Según los investigadores, su descubrimiento fue habilitado por una nueva herramienta de selección y recuperación de datos desarrollada por el equipo, llamada Sistema de consulta de estado magnetosférico. La investigación fue financiada por la NASA y el Consejo Nacional de Investigación. El equipo incluye a Fung, el Dr. Xi Shao (Consejo Nacional de Investigación, Washington) y el Dr. Lun C. Tan (QSS Group, Inc., Lanham, Maryland).
Fuente original: Comunicado de prensa de la NASA
