Antes de venir aquí me preguntaba--¿de qué puedo hablar? Existen tantos temas diferentes en la investigación espacial, y cada uno suficientemente amplio para impartir una conferencia completa de cada uno de ellos. No se puede cubrir sino tan solo una parte muy pequeña. Le ofrecí a mi anfitrión Horacio Chávez algunas sugerencias, pero al final decidimos que debería hablar acerca de mi propia vida profesional. Lo intentaré.
Yo Estudié física en Israel, en una escuela para ingenieros en Haifa (vea la fotografía). Eso fué en una época antes de los cohetes y los satélites. Había astronomía, por supuesto, pero los grandes telescopios estaban muy lejos, y resultó que mi profesor estaba interesado en los rayos cósmicos. Los rayos cósmicos son átomos que vuelan a través del espacio, muy, muy rápido--en realidad, son átomos que han perdido sus electrones--y dichos átomos son llamados iones, y son de carga eléctrica positiva. Dado que los iones están cargados eléctricamente, la fuerzas eléctricas les pueden dar una velocidad adicional, y aunque para los rayos cósmicos esa velocidad es tan inmensa, nadie tenía una idea de cómo pasaba esto. La imagena abajo, realizada a través de un microscopio, muestra lo que pasa cuando un rayo cósmico se colisiona con un átomo en una emulsión fotográfica, (Esta era una manera de estudiarlos--los globos llevaban las placas fotográficas a grandes alturas en la atmósfera). Actualmente creemos que vienen de explosiones de supernovas, las cuales son grandes estrellas, que han explotado. Las fuerzas magnéticas pueden hacer que dichos iones se muevan a lo largo de curvas o aún de círculos. Con los rayos cósmicos más lentos, la fuerza magnética de la Tierra es justamente lo suficientemente grande para curvear su trayectoria, aún y cuando le tome miles de kilómetros.
Pero los más rápidos tiene mucha más energía. Cuando chocan con átomos en la atmósfera, los fragmentos no solamente pasan a través de toda la espesura del aire, sino que continúan por cientos de metros bajo tierra.
Allí fué donde realicé mi trabajo doctoral, bajo tierra. Una compañia estaba cavando un túnel, y me permitieron poner un experimento en una parte del túnel, mientras que ellos trabajaban en otras partes. Por suerte, los rayos cósmicos no son peligrosos, dado que no son muchos. Recibimos tanta energía de ellos como recibimos energía de la luz estelar. Por supuesto, el universo produce mucha luz estelar--las estrellas son soles distantes, después de todo. Si las estrellas desprenden tanta energía en átomos muy rápidos, como lo hacen en luz visible, eso pudiera ser peligroso. Pero como dije, ahora sabemos que la mayoría de las estrellas son seguras--solamente de los que explotan deberemos de mantenernos alejados.
Cuando era un estudiante, se pensaba que nuestro Sol también producía una especie de rayos cósmicos, más lentos, en explosiones cercanas a las grandes manchas solares. No ocurría con frecuencia--tal vez una vez por año, con una duración de media hora. Los astronautas que vuelen a Marte algún día podrán necesitar una protección adicional contra dichos eventos. Las explosiones de las manchas solares también podrían cambiar la fuerza magnética de la Tierra--en, tal vez, 1%, durante un día--así como reducir la número de rayos cósmicos--por unos pocos días, en unos pocos de porcientos. Sin cambios grandes. Pero el espacio es grande, así que estos son grandes fenómenos, con mucha energía, hacíendolos muy interesantes. La gente también sabía respecto de las "luces del norte" o la aurora polar. En Canada y Alaska, no son poco usuales, pero después de las erupciones de las manchas solares, a veces se pueden ver por unas pocas horas aún en Europa y los Estados Unidos, debido a que el lejano campo magnético de la Tierra (el cual controla dicho fenómeno está muy distorsionado. ¡Muy raramente alcanzan México! Nadie entendía cómo eran hechos. Todo esto me sugería que había cosas interesantes pasando en el espacio.
IGY
Rusia--la Unión Soviética--también anunció un plan para construir un satélite, pero los Estados Unidos pensaron que era solo propaganda . Y también existía un interés adicional. Werner Von Braun, un experto en cohetes que trabajaba para el ejército de los Estados Unidos, pidió permiso para despegar un satélite, utilizando una combinación de cohetes militares grandes. Durante la Segunda Guerra Mundial, Von Braun construyó cohetes para la Alemania Nazi, la cual los utilizó para bombardear Inglaterra. Eso fué trabajo para un enemigo, pero los Estados Unidos lo contrataron de todas maneras, dado que necesitaban a un experto en cohetes. Von Braun fué informado--que no, no podía lanzar un cohete, dado que ya existía un proyecto oficial. Pero extraoficialmente él unió algunos cohetes militares grandes, los cuales podrían lanzar un pequeño satélite, y el Profesor Van Allen de la Universidad de Iowa-murió hace dos meses, a la edad de 91 años--construyó un instrumento para medir los rayos cósmicos en órbita--un pequeño tubo, un "contador Geiger" para contar cuántas partíclas de rayos cósmicos lo chocan, y cada choque producía una señal, y se podían contar dichas señales. Sputnik y Explorer 1
De manera que, fué una gran impresión para los norteamericanos cuando, en Octubre de 1957, la Unión Soviética lanzó un satélite--Sputnik 1. "Sputnik" en Ruso significa satélite, y era bastante grande (la imagen lo muestra abierto para mostrar su contenido). Un mes después, el Sputnik 2 fué lanzado, con una perra llamada "Laika", la cual vivió un tiempo en órbita, mostrando que puede haber vida mientras se viaja por el espacio.
Ambos Sputniks fueron lanzados mediante un inmenso cohete (vea la imagen) diseñado por Sergei Koralyov (Korolev). Yo era un estudiante, y fué muy emocionante. Se suponía que Sputnik estaba transmitiendo señales, "pitidos", y yo tomé un radio del laboratorio al patio, con una antena larga, e intenté escucharlos. Descubrí que había muchos pitidos en el radio-- de aviones, de barcos--y no podía diferenciarlos de Sputnik. Probablemente nunca escuché las señales reales. Los Estados Unidos intentaron lanzar el "Vanguard" en Diciembre de 1957, pero el lanzamiento falló, el cohete se elevó un poco, perdió potencia, cayó y se quemó (vea la imagen). En la actualidad sabemos que a un cohete le toma unos pocos segundos para lograr su potencia plena, y se utilizan unas grapas para detenerlo hasta que esto pasa. Si observa un despegue del transbordador espacial, observe que el narrador primero dice "ignición", y en ese momento comienzan a funcionar los motores de los cohetes. Solamente un poco después usted escucha "¡despegue! ", que es cuando las grapas se abren y el cohete comienza a elevarse. Pero la gente del "Vanguard" en 1957 no sabía lo suficiente como para usar las grapas. El cohete Ruso era mucho más grande que el del "Vanguard" (vea la imagen abajo). 
El Sputnik 1 ocasionó una gran impresión en los Estados Unidos. Se había roto una ilusión, la ilusión de que los Estados Unidos tenían el primer lugar en el espacio, con Rusia siguiéndolo, muy atrás. El gobierno rápidamente le dijo a Von Braun que continuara y despegara su satélite, y debido a que estaba listo, le tomó menos de dos meses antes de que despegara. El satélite fué llamado "Explorer 1" (el cohete era el "Jupiter C" en la imagen) y se elevó al final de Enero de 1958.
Se suponía que el satélite de Van allen tenía una grabadora de cinta magnética--pero esa parte no estaba lista todavía. De manera que todo lo que se podía medir eran unos pocos minutos de conteos de rayos cósmicos, siempre que el satélite pasara sobre una estación receptora. Algunas veces estos conteos eran de tan solo lo que se esperaba de ellas, de aproximadamente 20 cuentas por segundo. Algunas veces, tal vez, había más. Pero en otras ocasiones, no había conteos. No era que el instrumento se hubiera dañado--porque este se normalizaba de nuevo, y luego venía un momento con cero conteos. No tenía sentido.
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| Explorer 3 cuentas por segundo vs. tiempo |
Cuando el satélite estaba a baja altura, todo lo que contaba eran rayos cósmicos. Entonces el número de conteos por segundo comenzaba a incrementarse, hasta el máximo que podía ser registrado, 128 cuentas por segundo (era un conteo binario). Aún y así, luego, repentinamente caía a cero, y permanecía en cero durante todo el tiempo que "Explorer 3" pasaba por la parte más alta de su órbita. Al bajar de dicha órbita, volvía a ocurrir la misma secuencia de etapas en orden inverso, hasta llegar a la misma tasa de conteo de rayos cósmicos.
Obviamente, había muchas partículas adicionales a grandes alturas, además de los rayos cósmicos. En las partes más altas de la órbita había tantos rayos, que el contador dejaba de funcionar. Un contador en un laboratorio también se comportaba como esto--demasiada radiación, y no obtenía nada.
De manera que había mucha radiación en el espacio cerca de la Tierra, así como partículas rápidas, como los rayos cósmicos. (Sputnik no los encontró, porque iba por debajo ese anillo. Los astronautas en la estación espacial internacional están a salvo también, porque se mantiene abajo también. Los astronautas del Apolo al ir a la Luna, tuvieron que pasar a través de la radiación, pero lo hicieron tan rápido que no se enfermaron). Por esa época, la gente sabía que la fuerza magnética de la Tierra podía atrapar protones y electrones. (Le llamamos a cualquier lugar en donde existan fuerzas magnéticas "campo magnético" y yo utilizaré dicho nombre a partir de este momento). ¡Pero si es difícil salirse de una trampa magnética, es igualmente difícil entrar en ella!
Resultó que los rayos cósmicos eran los responsables: no se podían atrapar a sí mismos, pero cuando golpeaban los átomos de la atmósfera, estos producían fragmentos (neutrones) los cuales algunas veces cambiaban (algo así como la radiactividad), y el cambio les permitía mantenerse atrapados.
Por supuesto, para un estudiante, todo esto resultaba muy, muy emocionante. De manera que después de que terminé mis estudios y obtuve mi doctorado, llegué a una universidad en los Estados Unidos en 1959 para trabajar con uno de los expertos--en realidad, con Fred Singer, el hombre que publicó por primera vez la explicación de la parte baja del anillo de radiación. Entonces en 1961 me fuí a trabajar con NASA, y permanecí allí durante 40 años (también me casé y esto ha durado, hasta el momento, por 45 años).
Por esa época hubo muchos más descubrimientos. Primero que nada, el anillo de radiación descubierto por el Explorer 1 era muy fuerte, pero también muy pequeño. No se metía muy dentro en el espacio. Pero además, los satélites encontraron un "anillo exterior de radiación" mucho más grande alrededor de él, extendiéndose algo así como 2-3 diámetros de la Tierra. Sus partículas tenían mucha menos energía, pero cubrían mucho más espacio. No era producido por rayos cósmicos, sino por el Sol.
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| Grupo de Manchas solares. Alta resolución aquí |
El Sol, por supuesto, es lo que hace posible la vida en la Tierra--nos mantiene tibios y crea nuestro clima. El calor para que esto ocurra se genera cerca del centro del Sol--el cual es muy, muy caliente, y tiene una presión muy alta, una situación en donde la energía nuclear puede ser producida a partir del hidrógeno. Nosotros en la Tierra no sabemos como obtener energía de esta manera--la gente lo ha intentado, pero es difícil obtener tanto calor y presión en un laboratorio.
Pero al moverse el calor desde el centro del Sol, la temperatura desciende, y en la superficie tiene solamente aproximadamente 6000 grados centígrados--suficientemente caliente para fundir cualquer material que conocemos, pero para el Sol, está frío. Los científicos pueden decir la temperatura de manera muy exacta, a partir del color del Sol.
Pero suponga que se eleva aún más, hacia la atmósfera exterior del Sol, llamada "Corona." Usted puede ver la corona durante un eclipse total de Sol, y yo creo que hace unas decenas de años, ocurrió uno en México. La imagen a la izquierda muestra la corona, pero permítanme prevenirlos--esta imagen fué producida con la ayuda de todo tipo de trucos fotográficos, no espere ver algo tan espectacular si usted observa un eclipse total. La corona no es muy densa--su densidad usual es menor que el vacío de un laboratorio--pero es muy, muy caliente. Aproximadamente de un millón de grados. Esto se descubrió hace 60 años, y aún hoy, nadie entiende cómo esto sucede. Probablemente el magnetismo del Sol juega una parte--existe mucho magnetismo en las manchas solares, y algo en otras partes del Sol, también.
Cualquiera que sea la razón, la corona es demasiado caliente para ser retenida por la gravedad del Sol. Eugene Parker en 1958 predijo que debería desprederse en todas direcciones, como un "viento solar", y unos pocos años después, en 1961-2, los satélites encontraron que dicho viento solar existía y llenaba el espacio interplanetario.
El viento solar es detenido por el campo magnético de la Tierra, lo cual crea alrededor de la Tierra una región de complicadas corrientes eléctricas, llamadas la "Magnetósfera." En es es en lo que yo he estado trabajando desde aproximadamente 1965--la magnetósfera. Es el campo magnético exterior de la Tierra, y lo podemos describir mediante líneas que dan la dirección de una aguja de una brújula--de manera que se llaman líneas del campo magnético.
Aquí puede observar las líneas de campo magnético de la Tierra. Son una buena forma de describir el campo magnético, debido a que ellas también controlan lo que les ocurre a los iones y electrones dentro de él.
Cualquier ión o electrón es conducido a lo largo de las líneas de campo y se mueve en espiral alrededor de ellas. El resultado es que pueden permanecer atrapadas--como si el campo fuera una cuerda, y el ión o el electrón fuera un pequeño anillo alrededor de la cuerda. Estos no se caen al llegar a la orilla de la cuerda, dado que cuando se acercan a la Tierra, las fuerzas magnéticas más fuertes cerca del planeta, las regresan. Este es el anillo de radiación exterior.
El viento solar también le da forma a las líneas de campo--las empuja y las comprime en el lado del Sol, y las jala y la separa en el lado opuesto, el lado de la noche, en donde existe una larga cola magnética.
Y el viento solar provee la energía de la aurora polar, las luces que algunas veces se ven en el cielo--no en México, pero en Canadá y Alaska, cercanas al polo magnético. Alguna gente les llama las "luces del norte". Se ven color verde, y como llamas en una fogata, algunas se ven más brillantes, mientras otras se ven un poco débiles, y esto es un cambio continuo.
Cuando comencé a trabajar para NASA, la gente creía que las luces venían del anillo exterior de radiación, que los electrones se escapaban en los extremos, y no que ellos estaban atrapados en el campo.
Pero después resultó que esto no era cierto--hay muchos electrones saliendo, la aurora es muy brillante. Nosotros, creíamos que el viento solar movía las corrientes eléctricas desde el espacio hacia la atmósfera alta--y dichas corrientes empujaban a los electrones de la aurora hacia las orillas de la trampa magnética. Las corrientes entran en la región polar por su lado este, fluyen a través de la atmósfera alta (la "ionósfera" la cual conduce electricidad) y entonces regresan de nuevo al espacio por el oeste, y los electrones de la aurora ayudan a llevarlos. Y cuando dichos electrones golpean a los átomos en la atmósfera--principalmente al oxígeno--se produce luz. Un poco parecido a las luces neón.
Las luces de neón tienen el color del neón, o de gases adicionados al neón. La aurora da la luz del oxígeno--verde en los niveles bajos, aproximadamente a los 100 kilómetros, rojo más arriba, digamos, 200 kilómetros. Si alguna vez va a Alaska, podrá ver--pero no vaya en la temporada turística, en verano, porque nunca está lo suficientemente oscuro para ver la aurora (la aurora está allí, pero no la verá durante el día). Vaya en octubre o después--puede estar muy helado, pero tendrá una mejor oportunidad.
Por supuesto, los satélites también pueden ver la aurora a través de filtros especiales, que solo dejan pasar los colores adecuados. La imagen de abajo muestra la totalidad de la capa polar del norte de la Tierra, con una aurora que hace un círculo completo alrededor del polo magnético (el mapa y los colores fueron agregados mediante una computadora). Se necesita una distancia específica desde el polo para ver la aurora: exactamente en el polo las auroras son muy raras, y casi siempre son de un tipo diferente.
Para mover dichas corrientes se necesita un voltaje. En 1976, un satélite de la fuerza aérea de los Estados Unidos observó dichos voltajes--aproximadamente 1/3 del voltaje de un cinescopio de televisión, el cual emite luz desde una pantalla, tal y como lo hace la aurora desde la alta atmósfera (o también, casi el mismo voltaje de los antiguos aparatos de televisión en blanco y negro). El voltaje dispara electrones hacia abajo, y los iones de oxígeno, esto es, átomos que son positivos después de perder un electrón, van hacia arriba, debido a que las fuerzas eléctricas que disparan electrones negativos en una dirección, también disparan partículas en la dirección opuesta. Los "rayos" de oxígeno también han sido medidos.
Mi trabajo a grandes rasgos, ha sido el de intentar describir las corrientes eléctricas asociadas con todo esto. Algunas corrientes crean los límites en el lado del Sol, algunas corrientes crean la cola en el lado de la noche, algunas corrientes crean la aurora, y algunas son llevadas al ser atrapadas por el anillo de radiación. Como el anillo, aquellas corrientes van alrededor de la Tierra como un anillo, de manera que esto se llama la corriente de anillo. Durante los últimos 15 años yo he estado trabajando con un colega Ruso, quien recoge datos de los satélites americanos--existe mucha cooperación en la ciencia, sin importar lo que los políticos digan. Desafortunadamente, el va a regresar pronto a Rusia, en donde vive su hija y su nieta.
Me retiré hace 5 años, y desde entonces, he intentado contar esa historia a través del internet--y mi amigo aquí en Anáhuac, Horacio Chavéz, ha sido una de las personas ayudándome a traducirla al Español--también hay material respecto a la astronomía, vuelos espaciales, magnetismo y física. Usted encontrará vínculos de todo esto en http://www.phy6.org/readfirst.htm.
Existe mucho más en la investigación espacial, de lo que puede ser dialogado en una sola conferencia--pero encontrar mucho de ello vinculado desde la página de internet de arriba, si se tene el tiempo de leerlo todo. Aún seguimos descubriendo nuevas cosas en el espacio--y volando a la Luna y a los planetas no es la única manera de realizar descubrimientos. Existen muchos fenómenos interesantes los cuales todavía no entendemos. La gente que habla acerca del espacio en la televisión con frecuencia saben muy poco y terminan contando solo generalidades. Si puede, lea lo que los científicos escriben al respecto de estos temas. Los científicos saben la historia real--y si alguna vez escriben "no sabemos--todavía, " eso puede ser la parte más interesante.
De hecho, más científicos deberían ayudar a decir esta historia. Había en la Ciudad de México una estudiosa mujer científica, Silvia Bravo, quien puso una revista de internet "Skylab", seis veces al año, llena de artículos interesantes, en Español, y cualquiera con conexión al internet los podía leer. Entonces en el año 2000 ella murió repentinamente, y la revista murió con ella. Aún está en la red--pero solo los artículos viejos, no los nuevos. ¡Es probable que sea tiempo que alguien los comience de nuevo!
Por ahora, espero haber dicho lo suficiente. Si tienen preguntas, con gusto las contestaré--hoy, o durante mi visita aquí--o después, mediante correo electrónico.
Gracias