Los flujos de electrones en los cinturones de radiación de la Tierra surgen como resultado de las interacciones de los rayos cósmicos con los átomos en las capas superiores de la atmósfera del planeta, "eliminando" neutrones de ellos, según un artículo publicado en la revista Nature.
“Por primera vez, pudimos detectar la creación de estos electrones de alta energía en el borde interior de los cinturones de Van Allen. Logramos resolver el enigma sobre el que los físicos han estado desconcertados durante casi seis décadas”, dijo Xinlin Li de la Universidad de Colorado en Boulder (EE. UU.).
La Tierra, a diferencia de Venus y otros planetas del sistema solar, tiene su propio campo magnético, que se genera como resultado del movimiento de los flujos líquidos de metal en su núcleo. Este campo magnético actúa como una especie de "escudo" que refleja los rayos cósmicos, partículas cargadas de alta energía y protege a la Tierra del viento solar y de las eyecciones de masa coronal del Sol.
Las huellas de su existencia son los llamados cinturones de van Allen, dos áreas a altitudes de aproximadamente 6 mil 60 mil kilómetros de la superficie de la Tierra, donde hay una gran cantidad de protones y electrones de alta energía, "atrapados" por el campo magnético de la Tierra y moviéndose en una especie de trampa magnética. Su interacción con la atmósfera genera hermosas auroras y, durante las erupciones solares, provoca interferencias de radio y otros problemas técnicos.
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Uno de los principales misterios de los cinturones de Van Allen desde su descubrimiento en 1958 es de dónde provienen los electrones y protones de alta energía que habitan el escudo de radiación de la Tierra y generan llamaradas en los polos del planeta. Como señala Lee, los científicos han sospechado durante mucho tiempo que su fuente son los rayos cósmicos que chocan con los átomos en la atmósfera, pero no tenían evidencia inequívoca de esto.
Un problema adicional es que los rayos cósmicos, generados por explosiones de supernovas y actividad de púlsar, "bombardean" la Tierra aproximadamente con la misma frecuencia, mientras que el número y las propiedades de los electrones en los cinturones de Van Allen pueden cambiar drásticamente a una velocidad muy alta. Esto hace que muchos investigadores duden de que estos electrones surjan como resultado de la desintegración de neutrones, que los rayos cósmicos "eliminan" de los átomos de nitrógeno y oxígeno.
Para probar estas ideas, Lee y sus estudiantes ensamblaron el microsatélite CSSWE, equipado con contrapartes en miniatura de los detectores de electrones y protones que se desarrollaron en la Universidad de Colorado para las sondas RBSP lanzadas por la NASA en agosto de 2012 para estudiar la estructura de los cinturones de Van Allen.
Este satélite se lanzó a una órbita inferior y no estudió las capas internas de los cinturones de Van Allen, sino el borde inferior de su primera parte, donde, como sugirieron los científicos, se deberían producir electrones y protones durante las colisiones de moléculas de gas y "huéspedes del espacio".
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Tales colisiones, como explican los científicos, deberían conducir a la producción de protones y electrones en rangos de energía muy estrechos, de modo que puedan calcularse y estimarse fácilmente la frecuencia con la que los rayos cósmicos chocan con los átomos atmosféricos y comprender qué papel juegan en el llenado de los cinturones de Van Allen. y cómo llegan allí.
Como muestran estas mediciones, tales electrones surgen en grandes cantidades a una altitud aproximadamente igual al radio de la Tierra, y la velocidad de su formación y sus propiedades permanecieron constantes en todas las regiones y en todas las altitudes. Esto habla a favor del hecho de que en realidad son generados por rayos cósmicos.
Además, esto se evidencia por la cantidad de electrones registrados por el CSSWE; su número, como señalan los científicos, corresponde casi idealmente a la cantidad de neutrones que deberían generar rayos cósmicos. Todo esto, en consecuencia, atestigua el hecho de que casi todos los electrones que participan en el nacimiento de las auroras son de origen verdaderamente "cósmico".
