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Ilustración del 'muro' invisible que protege a la Tierra de los electrones. Imagen: Andy Kale. Fuente: Universidad de Alberta (Canadá).
Un equipo dirigido por la Universidad de Colorado Boulder (EE.UU.) ha descubierto un escudo invisible a unos 11.600 kilómetros de altura sobre la Tierra que bloquea los llamados "electrones asesinos", que se mueven alrededor del planeta a una velocidad cercana a la luz y que se sabe que amenazan a los astronautas, fríen los satélites y degradar los sistemas espaciales durante intensas tormentas solares.
La barrera para el movimiento de estas partículas fue descubierta en los cinturones de radiación de Van Allen, dos anillos en forma de donut situados sobre la Tierra que están llenos de electrones y protones de alta energía, explica Daniel Baker, director del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado, en una nota de prensa. Mantenidos en su lugar por el campo magnético de la Tierra, los cinturones de radiación de Van Allen se hinchan y se contraen periódicamente en respuesta a las perturbaciones de energía provenientes del sol.
Los cinturones fueron detectados por primera vez en 1958 por el profesor James Van Allen y su equipo de la Universidad de Iowa, y fueron el primer descubrimiento importante de la era espacial. Resultaron estar compuestos por un cinturón interior y otro exterior que se extienden hasta 40.000 kilómetros por encima de superficie de la Tierra. En 2013, Baker -que se doctoró bajo la tutela de Van Allen- dirigió un equipo que utilizó las sondas gemelas Van Allen, lanzadas por la NASA en 2012, para descubrir un tercer "anillo de almacenamiento" entre los cinturones que aparece y desaparece con la intensidad del clima espacial.
El 'escudo'
El último misterio gira en torno a una barrera "extremadamente cortante" en el borde interior del cinturón exterior, a aproximadamente 11.600 kilómetros de altura, que parece bloquear los electrones ultrarrápidos y evitan que penetren hacia la atmósfera terrestre.
"Es casi como si estos electrones chocaran con una pared de cristal en el espacio", explica Baker, autor principal del estudio. "Algo así como los escudos creados por campos de fuerza en Star Trek, que se utilizan para repeler armas alienígenas. Es un fenómeno extremadamente desconcertante". Un artículo sobre el tema ha sido publicado hoy en Nature.
El equipo inicialmente pensó que los electrones altamente cargados, que dan vueltas alrededor de la Tierra a más de 160.000 kilómetros por segundo, caían lentamente hacia abajo a la parte superior de la atmósfera y eran aniquilados gradualmente por la interacción con las moléculas de aire. Pero la barrera impenetrable vista por las sondas Van Allen impide que los electrones lleguen tan lejos, señala Baker.
La barrera para el movimiento de estas partículas fue descubierta en los cinturones de radiación de Van Allen, dos anillos en forma de donut situados sobre la Tierra que están llenos de electrones y protones de alta energía, explica Daniel Baker, director del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado, en una nota de prensa. Mantenidos en su lugar por el campo magnético de la Tierra, los cinturones de radiación de Van Allen se hinchan y se contraen periódicamente en respuesta a las perturbaciones de energía provenientes del sol.
Los cinturones fueron detectados por primera vez en 1958 por el profesor James Van Allen y su equipo de la Universidad de Iowa, y fueron el primer descubrimiento importante de la era espacial. Resultaron estar compuestos por un cinturón interior y otro exterior que se extienden hasta 40.000 kilómetros por encima de superficie de la Tierra. En 2013, Baker -que se doctoró bajo la tutela de Van Allen- dirigió un equipo que utilizó las sondas gemelas Van Allen, lanzadas por la NASA en 2012, para descubrir un tercer "anillo de almacenamiento" entre los cinturones que aparece y desaparece con la intensidad del clima espacial.
El 'escudo'
El último misterio gira en torno a una barrera "extremadamente cortante" en el borde interior del cinturón exterior, a aproximadamente 11.600 kilómetros de altura, que parece bloquear los electrones ultrarrápidos y evitan que penetren hacia la atmósfera terrestre.
"Es casi como si estos electrones chocaran con una pared de cristal en el espacio", explica Baker, autor principal del estudio. "Algo así como los escudos creados por campos de fuerza en Star Trek, que se utilizan para repeler armas alienígenas. Es un fenómeno extremadamente desconcertante". Un artículo sobre el tema ha sido publicado hoy en Nature.
El equipo inicialmente pensó que los electrones altamente cargados, que dan vueltas alrededor de la Tierra a más de 160.000 kilómetros por segundo, caían lentamente hacia abajo a la parte superior de la atmósfera y eran aniquilados gradualmente por la interacción con las moléculas de aire. Pero la barrera impenetrable vista por las sondas Van Allen impide que los electrones lleguen tan lejos, señala Baker.
Escenarios posibles
El grupo analizó una serie de escenarios que podrían crear y mantener una barrera como esa. Se preguntaron si podría tener que ver con las líneas del campo magnético de la Tierra, que atrapan y controlan protones y electrones, haciendo que den brincos entre los polos de la Tierra como cuentas de un collar.
También analizaron si las señales de radio de los transmisores humanos de la Tierra podrían estar dispersando los electrones cargados en la barrera, impidiendo su movimiento hacia abajo. Ninguna de estas explicaciones tenía lógica científica, afirma Baker.
"La naturaleza aborrece los gradientes fuertes y generalmente encuentra la manera de suavizarlos, por lo que sería de esperar que algunos de los electrones relativistas se movieran hacia adentro y otros hacia afuera", explica el científico. "No es obvio cómo los procesos lentos y graduales que deberían participar en el movimiento de estas partículas pueden conspirar para crear un límite persistente tan marcado, en este lugar en el espacio."
Otro escenario es que la gigantesca nube de gas frío y cargado eléctricamente llamada plasmasfera, que comienza a unos 1.000 kilómetros sobre la Tierra y se extiende miles de kilómetros en el cinturón de Van Allen exterior, esté dispersando a los electrones en la barrera con ondas electromagnéticas de baja frecuencia que crean un "bufido" plasmaférico, que suena como ruido blanco en un altavoz.
Aunque Baker dice que este bufido plasmasférico puede desempeñar un papel en la desconcertante barrera, cree que hay más historia. "Creo que la clave aquí es mantener una observación de la región con exquisito detalle, cosa que podemos hacer con los poderosos instrumentos de las sondas Van Allen. Si el sol lanza una eyección de masa coronal realmente potente, puede afectar a la magnetosfera de la Tierra, y sospecho que romperá el escudo durante cierto periodo de tiempo ", adelanta Baker.
El grupo analizó una serie de escenarios que podrían crear y mantener una barrera como esa. Se preguntaron si podría tener que ver con las líneas del campo magnético de la Tierra, que atrapan y controlan protones y electrones, haciendo que den brincos entre los polos de la Tierra como cuentas de un collar.
También analizaron si las señales de radio de los transmisores humanos de la Tierra podrían estar dispersando los electrones cargados en la barrera, impidiendo su movimiento hacia abajo. Ninguna de estas explicaciones tenía lógica científica, afirma Baker.
"La naturaleza aborrece los gradientes fuertes y generalmente encuentra la manera de suavizarlos, por lo que sería de esperar que algunos de los electrones relativistas se movieran hacia adentro y otros hacia afuera", explica el científico. "No es obvio cómo los procesos lentos y graduales que deberían participar en el movimiento de estas partículas pueden conspirar para crear un límite persistente tan marcado, en este lugar en el espacio."
Otro escenario es que la gigantesca nube de gas frío y cargado eléctricamente llamada plasmasfera, que comienza a unos 1.000 kilómetros sobre la Tierra y se extiende miles de kilómetros en el cinturón de Van Allen exterior, esté dispersando a los electrones en la barrera con ondas electromagnéticas de baja frecuencia que crean un "bufido" plasmaférico, que suena como ruido blanco en un altavoz.
Aunque Baker dice que este bufido plasmasférico puede desempeñar un papel en la desconcertante barrera, cree que hay más historia. "Creo que la clave aquí es mantener una observación de la región con exquisito detalle, cosa que podemos hacer con los poderosos instrumentos de las sondas Van Allen. Si el sol lanza una eyección de masa coronal realmente potente, puede afectar a la magnetosfera de la Tierra, y sospecho que romperá el escudo durante cierto periodo de tiempo ", adelanta Baker.
Referencia bibliográfica:
D. N. Baker, A. N. Jaynes, V. C. Hoxie, R. M. Thorne, J. C. Foster, X. Li, J. F. Fennell, J. R. Wygant, S. G. Kanekal, P. J. Erickson, W. Kurth, W. Li, Q. Ma, Q. Schiller, L. Blum, D. M. Malaspina, A. Gerrard, L. J. Lanzerotti: An impenetrable barrier to ultrarelativistic electrons in the Van Allen radiation belts. Nature (2014). DOI: 10.1038/nature13956.
D. N. Baker, A. N. Jaynes, V. C. Hoxie, R. M. Thorne, J. C. Foster, X. Li, J. F. Fennell, J. R. Wygant, S. G. Kanekal, P. J. Erickson, W. Kurth, W. Li, Q. Ma, Q. Schiller, L. Blum, D. M. Malaspina, A. Gerrard, L. J. Lanzerotti: An impenetrable barrier to ultrarelativistic electrons in the Van Allen radiation belts. Nature (2014). DOI: 10.1038/nature13956.
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Los electrones abren un nuevo mundo a la física cuántica
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