Crédito de imagen: NASA
Una nueva investigación indica que los electrones pueden surfear en ondas magnéticas impulsadas por el viento solar y acelerarse hasta el punto de que pueden causar daños graves a las naves espaciales que orbitan la Tierra. El proceso es el resultado de la interacción entre el campo magnético de la Tierra y las fluctuaciones en la densidad del viento solar. A medida que cambia la densidad del viento solar, hace que las ondas en el campo magnético vuelvan a la Tierra. Los electrones pueden quedar atrapados en estas ondas y regresar a la Tierra tan rápido que pueden dañar la delicada electrónica en el espacio.
Según un equipo de científicos espaciales, los electrones "asesinos" capaces de causar estragos en las naves espaciales en órbita pueden "surfear" las ondas magnéticas impulsadas por el viento solar.
El equipo de la Universidad de Boston y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) combinó las observaciones de la nave espacial de la NASA y la NOAA para identificar un fenómeno que explica cómo el viento solar forma ondas en el campo magnético de la Tierra (magnetosfera). Los electrones ordinarios que orbitan alrededor de la Tierra en los cinturones de radiación de Van Allen pueden hacer surf en las olas, acelerando hasta cerca de la velocidad de la luz, con energías 300-500 veces mayores que los electrones en una pantalla de televisión.
El viento solar es una corriente de partículas cargadas eléctricamente expulsadas constantemente del Sol. La magnetosfera es una cavidad formada cuando el viento solar se encuentra con el campo magnético de la Tierra. Cuando la densidad del viento solar es alta y se encuentra con la magnetosfera, la magnetosfera se comprime. Cuando la densidad del viento es baja, la magnetosfera se expande. Los investigadores descubrieron que el viento solar contiene estructuras periódicas de alta y baja densidad, impulsando una acción periódica de "respiración" de la magnetosfera y la generación global de ondas magnéticas.
Se sabe que si la frecuencia de estas ondas coincide con la frecuencia de los electrones en su movimiento en el cinturón de Van Allen, los electrones pueden acelerarse, lo que aumenta significativamente sus energías. El proceso es similar a un boogyboarder atrapando una ola. Algunos electrones "cabalgan sobre la ola" y obtienen tanta energía que pueden dañar las costosas naves espaciales.
"Si podemos confirmar esto como un mecanismo significativo para hacer las ondas que aceleran los electrones 'asesinos', entonces los científicos que usan datos de satélites como Wind podrían desarrollar una advertencia anticipada para los operadores de naves espaciales de que su nave espacial puede estar en peligro de exposición excesiva y dañina a la radiación, "Dijo la Dra. Barbara Giles, científica del proyecto para la nave espacial Polar en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.
Cuando los electrones se vuelven tan enérgicos, pueden penetrar en el interior de la nave espacial. Una vez dentro de las partes electrónicas, acumulan electricidad estática que puede provocar un cortocircuito en una parte crítica o poner la nave espacial en un mal modo de funcionamiento.
"Lo nuevo y emocionante de esta investigación es que las personas siempre han buscado mecanismos internos a la magnetosfera para generar estas ondas", dijo el Dr. Larry Kepko, investigador asociado de la Universidad de Boston y autor principal de dos artículos sobre esta investigación, uno publicado en el Journal of Geophysical Research en junio de 2003 y el otro en Geophysical Research Letters en 2002. "Pero aquí hemos encontrado un mecanismo externo: el viento solar mismo".
Los satélites polares y de viento de la NASA, junto con el satélite ambiental geoestacionario operacional (GOES) de NOAA, proporcionaron las observaciones clave que llevaron al equipo a esta conclusión. Polar confirmó que las olas no son locales, sino globales. El satélite Wind fue la fuente principal para identificar las estructuras de densidad en el viento solar que impulsan la magnetosfera. GOES proporcionó datos sobre la magnetosfera de la Tierra a medida que aumentaba y disminuía su tamaño.
"Ya sabíamos que el viento solar tiene estructuras de densidad y que las ondas magnéticas pueden acelerar los electrones", dijo el Dr. Harlan Spence, profesor asociado de astronomía en la Universidad de Boston y coautor de los dos documentos sobre esta investigación. "Lo que no sabíamos era que las estructuras del viento solar pueden ser periódicas y generar ondas magnéticas. Estas nuevas observaciones pueden proporcionar un eslabón perdido entre los dos ".
La fuente principal de estas estructuras de viento solar recién descubiertas sigue siendo un misterio, pero el equipo especula que el Sol puede desempeñar un papel directo. "Las variaciones de la densidad del viento solar están controladas en parte por el patrón de reconexión magnética, la torsión y el chasquido de las líneas de campo magnético, en la superficie del Sol", dice el Dr. Kepko. “La reconexión que ocurre de manera sistemática y periódica puede producir las estructuras de densidad periódica observadas en el viento solar. Existe alguna evidencia de que esto puede estar ocurriendo, pero se requiere más investigación para establecer un vínculo definitivo ".
Los cinturones de radiación Van Allen fueron descubiertos en 1958 por el Dr. James Van Allen y su equipo en la Universidad de Iowa con los Exploradores 1 y 3, los primeros satélites lanzados con éxito por los Estados Unidos. Son cinturones de partículas cargadas eléctricamente atrapadas por el campo magnético de la Tierra. Dado que las partículas están cargadas eléctricamente (principalmente protones y electrones), sienten fuerzas magnéticas y están obligadas a girar en espiral alrededor de líneas invisibles de fuerza magnética que comprenden el campo magnético de la Tierra. En realidad, hay dos cinturones en forma de rosquilla en el sistema Van Allen, uno dentro del otro con la Tierra en el "agujero" del cinturón interior. El cinturón interno, formado por protones de alta velocidad, se encuentra a altitudes entre 430 y 7,500 millas (aproximadamente 700 a 12,000 km) sobre la Tierra. El cinturón exterior está hecho de electrones de alta velocidad y aparece en altitudes entre 15,500 y 25,000 millas (aproximadamente 25,000 a 40,000 km) sobre la Tierra. Los operadores de naves espaciales intentan evitar las órbitas en estas regiones, pero a veces estas altitudes son las mejores para una misión en particular, o la nave espacial debe atravesar los cinturones durante parte de su órbita o escapar por completo de la Tierra.
Los satélites polares y de viento de la NASA, juntos conocidos como el "Programa Global de Ciencias del Geoespacio", están dedicados a ayudar a los científicos a comprender cómo las partículas y la energía del Sol fluyen e interactúan con el entorno espacial de la Tierra.
NOAA se dedica a recopilar datos sobre los océanos, la atmósfera, el espacio y el sol. Su sistema satelital GOES es el elemento básico para el monitoreo y pronóstico del clima de EE. UU. El Dr. Howard Singer de NOAA es un tercer coautor del artículo de 2002 sobre esta investigación.
Fuente original: Comunicado de prensa de la NASA
