Cinturones de Van Allen
Nuestro planeta se encuentra rodeado por los cinturones de Van Allen, anillos de radiación en los que circulan electrones y protones de alta energía. Estas estructuras se forman por los efectos que induce la magnetosfera terrestre.
A pesar de que fueron descubiertos hace más de 50 años, buena parte de su dinámica aún se desconoce. Su tamaño e intensidad puede cambiar con rapidez debido al viento solar y a las eyecciones de masa coronal que tienen lugar en el Sol.
Una reciente misión de la NASA ha estudiado sus propiedades con mayor detalle que nunca. Los datos han revelado los mecanismos de aceleración que tienen lugar en las zonas de radiación y la existencia de un tercer cinturón transitorio.
Entrada la noche del 31 de enero de 1958, un cohete Juno I de 29 toneladas partía desde Cabo Cañaveral para poner en órbita el primer satélite artificial estadounidense, el Explorer I (la Unión Soviética había lanzado el Spútnik 2 casi tres meses antes). El ingenio portaba una innovadora carga científica preparada en la Universidad estatal de Iowa por un equipo dirigido por James A. Van Allen. Gracias a ella, el satélite logró el primer gran descubrimiento de la era espacial: la existencia de anillos de radiación de alta energía e intensidad alrededor de nuestro planeta.
Hoy conocidos como cinturones de Van Allen, el hallazgo reveló los efectos de la interacción entre el campo magnético terrestre y el entorno espacial. El campo, generado por la rotación del núcleo metálico fundido de la Tierra, da lugar a la magnetosfera, una burbuja magnética que envuelve a nuestro planeta. Su tamaño y forma cambian en función de la intensidad del viento solar, la corriente de partículas con carga eléctrica que nos llega desde el Sol. La vida en la Tierra depende de forma crítica de la magnetosfera, la cual protege la atmósfera y la superficie del viento solar y de los rayos cósmicos, aún más energéticos. En su interior, las líneas de campo magnético apresan y aceleran partículas, principalmente protones y electrones, y las hacen rebotar de un lado a otro entre los polos del planeta. Esas zonas de partículas atrapadas conforman los cinturones de Van Allen, los cuales adoptan la forma de dos toroides concéntricos: el interior se extiende desde los 1000 hasta los 6000 kilómetros de altitud, mientras que el exterior abarca aproximadamente desde los 13.000 hasta los 16.000 kilómetros
Pero los cinturones de Van Allen son escudos imperfectos. Por un lado, las partículas más veloces pueden escapar y chocar contra la atmósfera, dando lugar a las auroras. Por otro, cuando en el Sol se produce una erupción magnética considerable, la avalancha de partículas resultante puede penetrar a través de la magnetosfera exterior y saturar los cinturones de Van Allen, con efectos más violentos. La rápida inyección de partículas en los anillos de radiación puede dañar los circuitos y los paneles solares de los satélites en órbita; además, el enjambre de protones y electrones liberados cuando las partículas del viento solar chocan contra la atmósfera induce corrientes eléctricas que pueden sobrecargar las redes terrestres y provocar apagones.
Los cinturones de Van Allen son dos zonas de la magnetosfera terrestre donde se concentran grandes cantidades de partículas cargadas de alta energía, originadas en su mayor parte por el viento solar capturado por el campo magnético terrestre. Son llamados así en honor de su descubridor, James Van Allen. Fueron descubiertos gracias al lanzamiento del satélite estadounidense Explorer 1, que fue en principio un fracaso debido a su forma alargada, que, junto con un sistema de control mal diseñado, entorpeció el ajuste a la órbita.
Explorer 1 atravesando los Cinturones de Van Allen.
Partículas cargadas girando en espiral.
Estructura
Estos cinturones son áreas en forma de anillo de superficie toroidal en las que protones y electrones se mueven en espiral en gran cantidad entre los polos magnéticos del planeta.
Hay dos cinturones de Van Allen:
Representación artística de los cinturones de Van Allen.
El cinturón interior se extiende desde unos 500 km por encima de la superficie de la Tierra hasta más allá de los 5000.
El cinturón exterior, que se extiende desde unos 15 000 km hasta unos 58 000 km, que afecta a satélites de órbitas altas/medias, como pueden ser los geoestacionarios, situados a unos 36 000 km de altitud.
Con los satélites de órbita baja (LEO) se ha de buscar un compromiso entre la conveniencia de una altitud considerable para evitar la resistencia residual de la alta atmósfera, que acorta la vida útil del satélite, y la necesidad de estar por debajo de los 1000 km para no sufrir largas permanencias en los cinturones de radiación ni atravesar áreas de elevada intensidad, muy perjudiciales para dichos satélites.
Animación de los cinturones de Van Allen.
Una región del cinturón interior, conocida como Anomalía del Atlántico Sur (SAA), se extiende a órbitas bajas y es peligrosa para las naves y los satélites artificiales que la atraviesen, pues tanto los equipos electrónicos como los seres humanos pueden verse perjudicados por la radiación. La Anomalía del Atlántico Sur es una región en donde los cinturones de radiación de Van Allen se encuentran a unos cientos de kilómetros de la superficie terrestre. Como resultado en esa región la intensidad de radiación es más alta que en otras regiones. La AAS (Anomalía del Atlántico Sur) o SAA (acrónimo en inglés) es producida por una "depresión" en el campo magnético de la Tierra en esa zona, ocasionada por el hecho de que el centro del campo magnético de la Tierra está desviado de su centro geográfico en 450 km. Algunos piensan que dicha anomalía es un efecto secundario de una reversión Geomagnética.
Estos cinturones de radiación se originan por el intenso campo magnético de la Tierra que es producto de su rotación. Ese campo atrapa partículas cargadas (plasma) provenientes del Sol (viento solar), así como partículas cargadas que se generan por interacción de la atmósfera terrestre con la radiación cósmica y la radiación solar de alta energía.
Estos cinturones altamente radiactivos contienen antiprotones, antipartículas de enorme fuerza electromagnética.
Módulo PAMELA.
Antiprotones en los cinturones de Van Allen
En el 2011, se publicó un artículo en el que se informaba de la detección por medio del satélite PAMELA1 de un significativo flujo natural de antiprotones, de mayor densidad en la zona de la Anomalía del Atlántico Sur.2