Nacimiento de un Cinturón de Radiación

 A las 03:42 (hora del Meridiano de Greenwich) del 24 de marzo de 1991, la población de electrones y protones de alta energía atrapados en el campo magnético terrestre recibió repentinamente un incremento enorme. El nuevo cinturón era tan intenso que, a los pocos días, puso fuera de servicio el satélite de comunicaciones MARECS-1, el satélite meteorológico GOES-7 del NOAA también fue dañado seriamente. 

 Este viento solar llena completamente el sistema solar, llegando hasta bastante más allá de los planetas más alejados, pero no alcanza a la Tierra porque está protegida por su propio campo magnético. Pero en cambio fluye alrededor del obstáculo magnético, de la misma forma en como fluye alrededor de una roca un torrente en su cauce. Se forma una cavidad de protección, la "magnetosfera", rodeando la Tierra; lo más cerca de la Tierra que penetra el viento solar es a unos 10-11 RE (radios terrestres), o sea a unas 40,000 millas, por el lado de la cavidad enfrentada al Sol.

 Además de las nubes de expansión, los estallidos solares también crean un gran número de iones rápidos, suficientes para llenar el interior del sistema solar, cada uno con una energía que puede alcanzar varios millones de veces más que las de las partículas del viento solar; esas partículas se comportan de forma parecida a la radiación nuclear intensa y es peligrosa para la vida de los astronautas que estén en camino hacia la Luna o Marte, fuera de la protección de la magnetosfera terrestre. También emiten ondas de radio y de rayos X, procedentes de los electrones de alta energía que no logran escapar del Sol.

 Hasta muy recientemente se creía que esas radiaciones estaban adscritas a las erupciones solares, unos puntos brillantes que aparecen repentinamente en la alta atmósfera solar cerca de las manchas, indicando supuestamente liberaciones de energía en la corona. Pero en 1973 los astronautas abordo de la estación espacial Skylab vieron algo nuevo: enormes burbujas de gas caliente, que se  expansionaban mucho más rápidamente que el viento solar, con la suficiente rapidez como para generar ondas de choque por delante del viento hacia el espacio interplanetario. Esas "expulsiones de masa de la corona" (CMEs) parecían muy relacionadas con las conmociones interplanetarias que golpean de vez en cuando la magnetosfera. Cada año algunos de esos choques son lo suficiente potentes como para empujar el límite de la magnetosfera más allá de la órbita sincrónica, a 6.6 RE, donde están generalmente los satélites de comunicación. Se tiene la opinión reciente de que son probablemente las CMEs, más que las erupciones, los signos de liberaciones repentinas de energía que afectan a la Tierra.

El vehículo espacial de investigación CRRES, operado por la US Air Force con participación de la NASA, estaba en ese momento en lo más profundo del cinturón de radiación, a una distancia de 2.55 RE. CRRES significa Combined Release and Radiation Effects Satellite (Satélite de Influencias Combinadas de la Liberación y la Radiación), que refleja las múltiples tareas encomendadas al vehículo -- para investigar el cinturón de radiación, así como para liberar nubes de vapor de bario y litio, que sigan los movimientos de la magnetosfera de la misma forma en que lo hacen los penachos de humo con respecto al movimiento del viento. El CRRES también es un lugar de pruebas de una gran variedad de circuitos electrónicos para ayudar a los ingenieros a diseñar electrónica y microcomputadoras fiables en el espacio, incluso en el centro del cinturón de radiación. 

La primera cosa que vio el CRRES fue un torrente de protones y electrones de alta energía. Los protones tenían una energía superior a 20 Mev, veinte millones de electrón voltios, unas 20,000 veces la energía media del protón en el viento solar. Los electrones tenían unos 15 Mev, y la energía de ambos tipos era suficiente para penetrar en un vehículo espacial y causar daños. En las conclusiones de un estudio científico sobre este tema, "es una suerte que las misiones espaciales actuales no pasen mucho tiempo en esa región de la magnetosfera terrestre". Ese día en concreto y durante mucho tiempo después, esa región está muy caliente como para ir a su interior. 

 Aun tenemos abundantes evidencias de que los iones y electrones en el espacio son acelerados hasta altas energías por todo el universo: en las fulguraciones y en las CMEs cerca del Sol, en las esquivas "subtormentas" de la magnetosfera, en los cinturones de radiación de Júpiter y de otros planetas magnéticos y en las fuentes de radiación cósmica desconocidas, la llovizna perpetua de iones extremadamente energéticos que bombardean la Tierra. El 24 de marzo de 1991, ocurrió frente a nuestros ojos como el truco de un conjuro. Pero ¿cómo?

Llega alguna evidencia de las propias partículas. Los iones y electrones energéticos atrapados por el campo magnético terrestre se mueven alrededor del ecuador -- los protones positivos girando a derecha (vistos desde el norte) y los electrones negativos hacia la izquierda. El estallido repentino de electrones interceptado por el CRRES decayó de nuevo rápidamente, sugiriendo que estaba causado por una nube compacta de electrones que pronto viajan errantes hacia fuera. 

Observaciones del CRRES (izquierda) y una simulación de ordenador (derecha) de las inyecciones repentinas de electrones de alta energía del 24 de marzo de 1991. El eje horizontal mide el tiempo, los máximos están separados unos 150 segundos. 

 El Dr. Xinlin Li del Dartmouth College de New Hampshire y sus colegas, Mary Hudson en el Dartmouth, Ilan Roth, John Wygant y Mike Temerin en Berkeley, y Bernie Blake en la Aerospace Corporation, usaron un ordenador para hacer un modelo de la trayectoria de la onda de choque y para reconstruir la forma en como afecta a los electrones ya presentes en la magnetosfera. Seleccionaron una amplia variedad de posiciones iniciales y energías, luego calcularon las rutas de más de 300.000 electrones, examinando como cada uno de ellos viajan cuando pasa la onda sobre ellos. Los resultados se parecían mucho a la forma en como un surfista cabalga una ola. Los electrones que comienzan con posiciones o energías desfavorables adquieren poca energía y hasta pierden algo; sin embargo, algunos afortunados alcanzan la velocidad de la onda que avanza, cabalgando en la cresta hacia el interior de la magnetosfera y adquieren mucha energía en el proceso. En su simulación por ordenador, el Dr. Li y sus colegas lograron reproducir de forma convincente la pulsación inicial y dos de los "ecos de flujo" periódicos. 

¿Explica esto la forma en que son acelerados los iones y los electrones en la naturaleza?  No completamente, ya que los electrones favorecidos necesitan aún un fuerte incremento de energía para empezar, casi 2 Mev. Los abundantes electrones de baja energía de la magnetosfera incrementan esta muy poco: como las tablas de surf, cuando pasa el choque su energía crece brevemente y luego vuelve a caer. Existen electrones de unos 2 Mev en la magnetosfera y parecen ser los únicos a partir de los que se forma la nueva radiación. Pero su origen siempre tuvo algo de misterioso: algunos científicos han conjeturado que han escapado del intenso cinturón de radiación del distante planeta Júpiter.

(izquierda) Antes del evento del 24 de marzo de 1991;
(derecha) Inmediatamente después. El eje horizontal mide la distancia desde el centro de la Tierra. El lado izquierdo es en la superficie de la Tierra (1 Radio Terrestre = 1 RE), los máximos de cinturón interior "viejo" (gráfica izquierda) tienen lugar alrededor de 1.5 RE y los máximos de electrones e iones añadidos por el nuevo cinturón son a unos 2.1-2.2 RE.

Página principal de "Exploración" (índice)

Author and Curator:   Dr. David P. Stern
     Mail to Dr.Stern:   education("at" symbol)phy6.org

Co-author: Dr. Mauricio Peredo

Spanish translation by J. Méndez

Contents last updated December 29, 1997, translated 21 December 2000