Cerca de 600 millas de la superficie de la Tierra es el primero de dos enjambres de electrones en forma de rosquilla, conocidos como los cinturones de Van Allen, o los cinturones de radiación. Comprender la forma y el tamaño de los cinturones, que pueden encogerse e hincharse en respuesta a la radiación entrantedel sol, es crucial para proteger nuestra tecnología en el espacio. La fuerte radiación no es buena para la salud de los satélites, por lo que los científicos desean saber qué órbitas podrían estar en peligro en diferentes situaciones.
Desde la década de 1950, cuando los científicos comenzaron a formar una imagen de estos anillos de partículas energéticas, nuestra comprensión de su forma ha permanecido en gran medida sin cambios: un pequeño cinturón interior, un espacio en gran parte vacío conocido como la región de la ranura, y luegoel cinturón exterior, que está dominado por electrones y que es el más grande y dinámico de los dos. Pero un nuevo estudio de datos de Van Allen Probes de la NASA revela que la historia puede no ser tan simple.
"La forma de los cinturones es bastante diferente dependiendo del tipo de electrón que se esté viendo", dijo Geoff Reeves del Laboratorio Nacional de Los Alamos y el Consorcio de Nuevo México en Los Alamos, Nuevo México, autor principal del estudiopublicado el 28 de diciembre de 2015 en el Revista de Investigación Geofísica. "Los electrones en diferentes niveles de energía se distribuyen de manera diferente en estas regiones"
En lugar de la imagen clásica de los cinturones de radiación: cinturón interno pequeño, región de ranura vacía y cinturón externo más grande, este nuevo análisis revela que la forma puede variar desde un solo cinturón continuo sin región de ranura hasta un interior interno más grandecinturón con un cinturón externo más pequeño, sin cinturón interno en absoluto. Muchas de las diferencias se explican considerando los electrones en diferentes niveles de energía por separado.
"Es como escuchar diferentes partes de una canción", dijo Reeves. "La línea de bajo suena diferente de la voz, y la voz es diferente de la batería, y así sucesivamente".
Los investigadores encontraron que el cinturón interior, el cinturón más pequeño en la imagen clásica de los cinturones, es mucho más grande que el cinturón exterior cuando se observan electrones con bajas energías, mientras que el cinturón exterior es más grande cuando se observan electrones a energías más altas.En las energías más elevadas, la estructura del cinturón interno falta por completo, por lo que, dependiendo de en qué se enfoque, los cinturones de radiación pueden parecer tener estructuras muy diferentes al mismo tiempo.
Estas estructuras se ven alteradas aún más por las tormentas geomagnéticas. Cuando el material magnético que se mueve rápidamente del sol, en forma de corrientes de viento solar de alta velocidad o eyecciones de masa coronal, choca con el campo magnético de la Tierra, lo envían oscilando, creandouna tormenta geomagnética. Las tormentas geomagnéticas pueden aumentar o disminuir el número de electrones energéticos en los cinturones de radiación temporalmente, aunque los cinturones vuelven a su configuración normal después de un tiempo.
Estos aumentos y disminuciones de electrones impulsados por tormentas son actualmente impredecibles, sin un patrón claro que muestre qué tipo o fuerza de tormenta producirá qué resultados. Hay un dicho en la comunidad de física espacial: si ha visto una tormenta geomagnética, usted 'he visto una tormenta geomagnética. Resulta que esas observaciones se han basado en gran medida en electrones con solo unos pocos niveles de energía.
"Cuando miramos a través de una amplia gama de energías, comenzamos a ver algunas consistencias en la dinámica de la tormenta", dijo Reeves. "La respuesta de los electrones a diferentes niveles de energía difiere en los detalles, pero hay un comportamiento común. Por ejemplo,descubrimos que los electrones se desvanecen rápidamente de las regiones de ranura después de una tormenta geomagnética, pero la ubicación de la región de ranura depende de la energía de los electrones ".
A menudo, el cinturón de electrones externo se expande hacia adentro hacia el cinturón interno durante tormentas geomagnéticas, llenando completamente la región de la ranura con electrones de menor energía y formando un enorme cinturón de radiación. A energías más bajas, la ranura se forma más lejos de la Tierra, produciendo un interiorcinturón que es más grande que el cinturón exterior. A energías más altas, la ranura se forma más cerca de la Tierra, invirtiendo los tamaños comparativos.
Los satélites gemelos Van Allen Probes amplían el rango de datos de electrones energéticos que podemos capturar. Además de estudiar los electrones de extremadamente alta energía, que transportan millones de voltios de electrones, que se habían estudiado antes, las Sondas Van Allen pueden capturarinformación sobre electrones de baja energía que contienen solo unos pocos miles de electronvoltios. Además, la nave espacial mide los electrones del cinturón de radiación con un mayor número de energías distintas de lo que era posible anteriormente.
"Los instrumentos anteriores solo medirían cinco o diez niveles de energía a la vez", dijo Reeves. "Pero las sondas de Van Allen miden cientos".
La medición del 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 cercanas a la Tierra. Estos protones disparan a través de detectores de partículas, creando un fondo ruidoso del que se necesitaban las verdaderas mediciones de electronespero los datos de Van Allen Probes de mayor resolución encontraron que estos electrones de baja energía circulan mucho más cerca de la Tierra de lo que se pensaba anteriormente.
"A pesar del ruido de protones, las sondas de Van Allen pueden identificar inequívocamente las energías de los electrones que está midiendo", dijo Reeves.
Las observaciones precisas como esta, a partir de cientos de niveles de energía, en lugar de solo unos pocos, permitirán a los científicos crear un modelo más preciso y riguroso de lo que sucede exactamente en los cinturones de radiación, tanto durante tormentas geomagnéticas como durante períodosde relativa calma.
"Siempre puedes ajustar algunos parámetros de tu teoría para que coincida con las observaciones a dos o tres niveles de energía", dijo Reeves. "Pero tener observaciones a cientos de energías limita las teorías que puedes combinar con las observaciones".
El Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins en Laurel, Maryland, construyó y opera las Sondas Van Allen para la Dirección de Misión Científica de la NASA. La misión es la segunda misión en el programa Living With a Star de la NASA, administrado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt,Maryland.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NASA / Centro de vuelo espacial Goddard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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