Cinturones de Van Allen

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.

Animación CGI del Explorer 1 atravesando los Cinturones de Van Allen.

Estructura

 

Partículas cargadas girando en espiral.

 

Representación artística de los cinturones de Van Allen.

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:

• 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.

Antiprotones en los cinturones de Van Allen

 

Módulo PAMELA.

En el 2011, se publicó un artículo en el que se informaba de la detección por medio del satélite PAMELA^[1]​ de un significativo flujo natural de antiprotones, de mayor densidad en la zona de la Anomalía del Atlántico Sur.^[2]​

Implicaciones para los viajes espaciales

Las naves espaciales que viajan más allá de la órbita terrestre baja entran en la zona de radiación de los cinturones de Van Allen. Más allá de los cinturones, se enfrentan a peligros adicionales de los rayos cósmicos y eventos de partículas solares. Una región entre los cinturones de Van Allen interior y exterior se encuentra entre 2 y 4 radios terrestres y a veces se denomina "zona segura".^[3]​^[4]​

Las células solares, los circuitos integrados y los sensores pueden resultar dañados por la radiación. Las tormentas geomagnéticas dañan ocasionalmente los componentes electrónicos de las naves espaciales. La miniaturización y la digitalización de los componentes electrónicos y circuito lógico han hecho que los satélites sean más vulnerables a la radiación, ya que la carga eléctrica total de estos circuitos es ahora lo suficientemente pequeña como para ser comparable con la carga de los iones entrantes. La electrónica de los satélites debe estar endurecida contra la radiación para funcionar de forma fiable. El Telescopio Espacial Hubble, entre otros satélites, a menudo tiene sus sensores apagados cuando pasa por regiones de intensa radiación.^[5]​ Un satélite blindado con 3 mm de aluminio en una órbita elíptica (200 por 20 000 millas (321,9 por 32 186,8 km)) que pase por los cinturones de radiación recibirá unos 2.500 rem (25 Sv) al año. (A modo de comparación, una dosis de cuerpo entero de 5 Sv es mortal.) Casi toda la radiación se recibirá al pasar por el cinturón interior.^[6]​

Las Misiones Apolo fueron las primeras en las que los humanos viajaron a través de los cinturones de Van Allen, que era uno de los varios peligros de radiación conocidos por los planificadores de la misión.^[7]​ Los astronautas tuvieron una baja exposición en los cinturones de Van Allen debido al corto periodo de tiempo que pasaron volando a través de ellos.^[8]​ ^[9]​

La exposición total de los astronautas estaba dominada por las partículas solares una vez que salían del campo magnético de la Tierra. La radiación total recibida por los astronautas variaba de una misión a otra, pero se midió entre 0,16 y 1,14 rads (1,6 y 11. 4 mGy), mucho menos que la norma de 5 rem (50 mSv) (Para los rayos beta, gamma y X la dosis absorbida en rads es igual a la dosis en rem) por año establecida por la Comisión de Energía Atómica de Estados Unidos para las personas que trabajan con radiactividad.^[7]​

Véase también

• Magnetosfera
• Viento solar
• Anomalía del Atlántico Sur

Referencias

1. PAMELA Mission
2. Adriani; Barbarino; Bellotti; Boezio; Bogomolov; Bongi; Bonvicini; Borisov; Bottai; Bruno; Cafagna; Campana; Carbone; Carlson; Casolino; Castellini; Consiglio; De Pascale; De Santis; De Simone; Di Felice; Galper; Gillard; Grishantseva; Jerse; Karelin; Kheymits; Koldashov; Krutkov; Kvashnin; Leonov; Malakhov; Marcelli; Mayorov; Menn; Mikhailov; Mocchiutti; Monaco; Mori; Nikonov; Osteria; Palma; Papini; Pearce; Picozza; Pizzolotto; Ricci; Ricciarini; Rossetto; Sarkar; Simon; Sparvoli; Spillantini; Stozhkov; Vacchi; Vannuccini; Vasilyev; Voronov; Yurkin; Wu; Zampa; Zampa; Zverev (2011). «The Discovery of Geomagnetically Trapped Cosmic-ray Antiprotons». (El hallazgo de antiprotones de los rayos cósmicos atrapados por el geomagnetismo). iopscience. doi:10.1088/2041-8205/737/2/L29. 
3. «Cinturones de radiación de la Tierra con la órbita de la zona segura». NASA/GSFC. 15 de diciembre de 2004. Consultado el 27 de abril de 2009. 
4. Weintraub, Rachel A. (15 de diciembre de 2004). «La zona segura de la Tierra se convirtió en zona caliente durante las legendarias tormentas solares». NASA/GSFC. Consultado el 27 de abril de 2009. 
5. Weaver, Donna (18 de julio de 1996). El Hubble logra un hito: la exposición número 100.000. Baltimore, MD: Space Telescope Science Institute. STScI-1996-25. Consultado el 25 de enero de 2009. 
6. Ptak, Andy (1997). «Pregunte a un astrofísico». NASA/GSFC. Consultado el 11 de junio de 2006. 
7. Bailey, J. Vernon. «Protección contra la radiación e instrumentación». Resultados biomédicos de Apolo. Consultado el 13 de junio de 2011. 
8. «Apollo Rocketed Through the Van Allen Belts». 7 de enero de 2019. 
9. Woods, W. David (2008). Cómo voló Apolo a la Luna. Nueva York: Springer-Verlag. p. 109. ISBN 978-0-387-71675-6. 

Enlaces externos

•   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Cinturones de Van Allen.
• Cinturones de Radiación
• Cinturones de van Allen

•   Datos: Q188533
•   Multimedia: Van Allen radiation belts / Q188533