El Cinturón de Van Allen, fue teorizado por el científico James Van Allen, posteriormente su teoría fue demostrada con el lanzamiento al espacio del primer satélite artificial. Se trata de un escudo protector que se forma por la energía magnética de nuestro Planeta Tierra. En este artículo podrás conocer en detalle sobre el Cinturón de Van Allen.
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Características del Cinturón de Van Allen
Antes de dar a conocer las características del Cinturón de Van Allen, comenzaremos comentándoles sobre qué es el cinturón y a quién debe su nombre. El cinturón de Van Allen es una zona que se encuentra en un área de la atmósfera terrestre conocida como magnetósfera, en donde se produce la acumulación de grandes cantidades de partículas cargadas de alta energía, las cuales se presume que son originadas en su mayoría por el viento solar y estas son capturadas por el campo magnético terrestre.
Esta zona que por cierto es muy temida por las misiones espaciales, fue teorizada por James Alfred Van Allen, un físico estadounidense que realizó una serie de investigaciones sobre los rayos cósmicos, física nuclear y por supuesto sobre física atmosférica. Siendo James Alfred quien propuso la existencia de esta zona, cuando fue comprobada la presencia de la misma, recibió su nombre.
Lamentablemente James Alfred Van Allen, falleció en el año 2006 a los 92 años de edad, no sin antes haber participado en el diseño de las diversas misiones que tenían como objeto incursionar en el espacio y que además debían atravesar este temido cinturón. Conociendo entonces de qué se trata el Cinturón de Van Allen y quién dio a conocer sobre su presencia, comencemos a hablar sobre sus características, indicando que se encuentra rodeando al planeta en la zona conocida como magnetósfera.
La misma tiene una forma de toroide, es decir, una curva plana y cerrada que gira alrededor de una recta exterior pero sin interceptarse, para que nos quede más claro, imaginemos la forma de una rosquilla dulce o una Donut. Esta gran donut recorre todo el globo terráqueo, sin embargo, generalmente en las imágenes mostrarán un corte de la misma, para su mejor entendimiento.
Una de las misiones que permitió corroborar la propuesta teórica desarrollada por James Van Allen fue la misión Explorer I en el año 1958, este fue el primer satélite artificial puesto en órbita, con el mismo se logró fotografiar la zona que muestra la existencia de dos grandes cinturones.
La superficie que abarcan los cinturones permite que sean identificados como un cinturón interior y otro exterior, de los cuales conversaremos en detalle más adelante. El cinturón interior abarca un espacio que se expande desde unos 1.000 kilómetros por encima de la superficie del planeta Tierra y puede llegar más allá de los 5.000 kilómetros.
Por su parte, el cinturón exterior se expande desde unos 15.000 kilómetros y puede alcanzar hasta unos 20.000 kilómetros. Se presume que estos cinturones se originan por la influencia del campo magnético que genera de manera natural el planeta Tierra, ahora de ¿dónde surge toda esa energía?.
Esta energía se genera del movimiento de rotación diferencial del núcleo metálico de la Tierra, debemos comprender que la Tierra como planeta realiza un movimiento de rotación sobre su propio eje, sin embargo, la velocidad de su núcleo desarrollando el movimiento de rotación no es igual, es decir, sus velocidades angulares son diferentes y es por ello que hablamos de una rotación diferencial.
Por lo tanto, el campo magnético que genera esta rotación diferencial, atrapa y confina partículas cargadas que se originan en el Sol, pero también se generan partículas por la interacción de la atmósfera terrestre con la radiación cósmica.
Pueden ser identificados como un escudo protector, sin embargo existen diferencias entre el cinturón interno y el cinturón externo. El primero se caracteriza por presentar una alta concentración de protones, mientras que el segundo se caracteriza por presentar electrones de alta energía.
Recordemos que los protones son las partículas subatómicas que presentan una carga eléctrica positiva, mientras que los electrones son las partículas subatómicas cargadas negativamente. Otra de las características que han sido reseñadas por los investigadores es la presencia en el cinturón interior, de una zona que ha sido llamada Anomalía del Atlántico Sur y generalmente se refieren a ella por su siglas AAS, esta zona se extiende a órbitas bajas.
Se trata de una región en donde la radiación magnética es más alta que en otras zonas del cinturón. La Anomalía del Atlántico Sur, se genera por una depresión en el campo magnético de la Tierra en esa zona, esta depresión se produce debido a que el centro magnético de la Tierra, no es concéntrico, sino que se encuentra desviado del centro geográfico, esa distancia se encuentra calculada en aproximadamente 450 kilómetros, por lo tanto, la atracción es menor, produciendo la deformación señalada.
El cinturón de Van Allen es una zona de muy alta energía, por lo que siempre revestirá un peligro inminente para todas las misiones espaciales, tanto para las que no son tripuladas, como para las que son tripuladas por astronautas, estas últimas por supuesto que son manejadas y planificadas con muchísimo cuidado, ya que se trata de la tripulación que estará expuesta a esta altas radiaciones, es por ello, que siempre se trata de que el tiempo en transitar a través del cinturón, sea lo más breve posible.
Por su parte, el lanzamiento de sondas espaciales y satélites artificiales, tienen una repercusión material, la cual también es importante porque se trata de la vida útil del equipo, pero jamás se compara con la vida humana. El movimiento de las partículas que forman parte de los cinturones tanto internos como externos, describen una trayectoria en espiral entre los polos magnéticos del planeta.
Cinturón interior
Como comentamos con anterioridad, el cinturón de Van Allen actúa como una barrera o escudo protector de la Tierra, pero ¿de qué la protege?, la protege de los vientos solares, los cuales se originan en la corona solar debido a las diferencias de presión que existen entre el medio planetario y la zona de la corona. Al formarse la magnetósfera entre los 10 y 100 radios planetarios que interactúan con el viento solar, son capaces de mantenerse por la presencia de los campos magnéticos.
Esta energía magnética puede ser generada no solo por la Tierra, sino también por la interacción entre Marte, la Luna y los Cometas y igual que por magnetismo remanente, generado por Marte, la Luna y los asteroides. En consecuencia, dependen de la intensidad del campo, del flujo del viento solar y también del movimiento de las partículas que se encontraran cargadas.
Todo este conjunto de energía interactuando, generará fotones en el espectro de luz ultra violeta y también en el espectro visible, habrán protones y electrones, precisamente toda esta dinámica estelar y cósmica es lo que hace posible la presencia del cinturón de Van Allen. Como ya hemos señalado, el mismo se extiende a 1.000 kilómetros por encima de la superficie de la Tierra y más allá de los 5.000 kilómetros.
Ahora bien, es en el cinturón interior donde se presenta la Anomalía del Atlántico Sur, el cual se extiende hacia órbitas bajas, siendo la zona más peligrosa para las misiones espaciales y los satélites artificiales que necesariamente deben atravesar el cinturón, pues el nivel de radiación en esta zona es sumamente elevado. El cinturón interior de Van Allen, se encuentra más cerca de la Tierra, se estima que entre 700 y 10.000 km de altitud, siendo su constitución de protones de alta energía.
Cinturón exterior
El cinturón exterior de Van Allen se encuentra ubicado a aproximadamente entre 13.000 y 65.000 kilómetros, está compuesto tal como señalamos con anterioridad, de electrones de alta energía. Es la zona del cinturón que más se aleja de la Tierra, por lo que se encuentra más expuesto a los vientos solares. De los dos Cinturones de Radiación es el exterior en donde se presenta la mayor actividad.
Cuando se producen las tormentas geomagnéticas, las cuales son generadas por las partículas cargadas que vienen en los vientos solares y que viajan a través del Sistema Solar, el cinturón externo en respuesta a este flujo de energía, se expande y se contrae en consecuencia a las diferencias de presión que se producen, entre los vientos solares y el campo magnético. Este comportamiento es contrario al cinturón Interior, el cual se mantiene estable sobre la superficie de la Tierra.
Antiprotones en los cinturones de Van Allen
Por supuesto que la investigación sobre el universo no para jamás, es posible que se abandonen o lleguen a termino algunos proyectos, pero de manera permanente se inician otros que dan continuidad de alguna forma a los descubrimientos anteriores, porque el universo es definitivamente un sistema que se interconecta de algún modo y en algún momento.
Es así como en 2011 la NASA publicó un artículo con datos que habían logrado obtener con la sonda espacial PAMELA, en donde lograron identificar un flujo natural de antiprotones, la cual se hacía más intensa en la zona conocida como Anomalía del Atlántico Sur. Hecho que ocurría 53 años después de su descubrimiento.
Los científicos que estudian el fenómeno, señalan que los antiprotones se encuentran ubicados en la zona intermedia entre el cinturón interno y el cinturón externo de Van Allen. Los antiprotones detectados por PAMELA, satélite construido para el estudio de partículas de alta energía, permitían una nueva interpretación de esta zona del espacio. Es posible que estas partículas choquen con la atmósfera terrestre, formando tormentas de más partículas, que quedan atrapadas en los cinturones de Van Allen.
Este hallazgo ha permitido a los científicos suponer que los niveles de radiación en esta zona son más bajos, lo que trae repercusiones interesantes para las próximas misiones espaciales. De corroborarse esta condición, es muy posible que se tenga que pensar en nuevos diseños para las naves espaciales, ya que estos deberían cambiar hacia modelos más ligeros y por ende más económicos, lo que es definitivamente positivo para la industria espacial.
En el año 2012, se enviaron dos sondas al espacio para estudiar los cinturones de Van Allen. En esta oportunidad entre el cinturón interior y el exterior fue reconocido un cinturón intermedio, y el exterior estaba muy erosionado.
Sin embargo, este cinturón intermedio persistió durante algún tiempo y luego no fue detectado nuevamente . Esta es una de las razones por las cuales la astronomía es una ciencia que no se detiene, sino que permanentemente se están descubriendo nuevos fenómenos, comportamientos, cuerpos celestes y más.
Los astrónomos señalaron que posiblemente coincidieron con una violenta colisión de una onda de choque del viento solar, la cual modificó parte del cinturón exterior, quedando dividido este fragmento del cinturón en dos, dando la perspectiva visual de un tercer cinturón.
Pero la actividad no quedó allí, se mantuvieron atentos por un lapso de tiempo y fueron testigos de los cambios secuenciales que sucedieron en el cinturón de Van Allen, concluyendo con la restauración de la estructura por todos conocida como un cinturón interno, luego una zona “segura” seguida por la presencia del cinturón exterior. Esto permite demostrar nuevamente lo dinámico del sistema y de la zona donde se encuentra el cinturón.
El descubrimiento del cinturón de Van Allen definitivamente salvó la vida de los astronautas de la misión Apolo, pues de no haber sido reconocida su existencia, hubieran estado expuestos a la radiación natural del cinturón de Van Allen, tanto de su zona interna como de su zona externa, lo cual les hubiera constado la vida.
Pero quizá se estén preguntando ¿cómo fue que pudieron sobrevivir a esta inmensa cantidad de radiación?, el secreto se encuentra en el tiempo de exposición. Para poder realizar la misión, tuvieron que identificar la ruta que los expusiera a la menor cantidad radiación y pasar en el menor tiempo posible el cinturón de Van Allen.
Es así como identificaron que mientras realizaban la primera parte del viaje y estaban en la órbita de la Tierra, la zona más segura se encontraba ubicada aproximadamente 300 millas náuticas por debajo. Luego tenían que cruzar los cinturones lo más rápidamente posible hasta llegar al espacio exterior.
Por supuesto, que acá lo hacemos ver de la manera más sencilla, sin embargo, existían grados de incertidumbre en todo el proceso. Cuando pensamos en ello es fácil preguntarse ¿qué podía estar pasando por la mente de estos hombres al exponerse a las condiciones preexistentes en la zona de los cinturones de Van Allen?.
Definitivamente tenían confianza en su equipo de trabajo de la NASA y un arrojo indescriptible, que permitió a la humanidad acercarse un poco más para conocer al misterioso Universo.
Esperamos que este artículo haya sido de su agrado, si es así le invitamos a continuar la lectura de los siguientes enlaces, que le permitirán seguir descubriendo al universo:
