Diez aspectos destacados de la misión Van Allen de la NASA

Tras siete años de operaciones, y tras agotarse su carburante, la segunda de las sondas gemelas Van Allen se retiró el viernes 18 de octubre de 2019. La sonda espacial A de la misión Van Allen fue apagada por operadores del laboratorio de física aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Laurel, Maryland. Este comando se ha dado tres meses después del que puso fin a las operaciones de la sonda espacial B, la segunda nave espacial de la misión.

“Esta misión permaneció siete años en los cinturones de radiación y rompió todos los récords para una nave espacial que pudiese tolerar y operar en esa región tan peligrosa, de forma ininterrumpida”, informó Nelofar Mosavi, gerente de proyectos de la misión Van Allen, en el laboratorio de física aplicada de Johns Hopkins. “Esta misión consistió en resistencia ante al entorno espacial más duro”.

Originalmente programada como una misión de dos años, la sonda espacial voló a través de los cinturones de Van Allen (anillos de partículas cargadas atrapadas por el campo magnético de la Tierra), con el fin de entender la dinámica de cómo las partículas fueron ganadas y perdidas por los cinturones. La nave espacial hizo grandes descubrimientos que revolucionaron nuestra comprensión del entorno cercano a la Tierra.

“Las observaciones de la sonda Van Allen han sido la base de más de 600 publicaciones científicas hasta la fecha, y de más de 55 tesis de doctorado”, dijo David Sibeck, científico de la misión Van Allen en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.

Con instrumentos que miden los campos electromagnéticos y las partículas cargadas, las sondas Van Allen exploraron fenómenos invisibles, acorralando partículas en el interior y los alrededores de los cinturones de radicación. También realizaron descubrimientos sobre la arquitectura de los cinturones y las fuerzas que los conforman. Así como las tormentas oceánicas en la Tierra pueden crear olas gigantes, el clima espacial, ocasionado por el Sol, puede crear ondas de plasma, donde el mar de partículas es sacudido por los campos electromagnéticos. Las sondas Van Allen fueron pioneras en la exploración de la dinámica de estas ondas y sus efectos en el entorno cercano a la Tierra.

“Las sondas Van Allen redefiniieron nuestra comprensión de la física del cinturón de radiación”, afirmó Sasha Ukhorskiy, científica del proyecto Van Allen del laboratorio de física aplicada de Johns Hopkins, el cual también diseñó y participó en el ensamblaje de la nave espacial. “La nave utilizó instrumentos de capacidad única para develar características del cinturón de radiación que eran invisibles a sensores previos y descubrió muchos mecanismos físicos de aceleración y pérdida en el cinturón de radiación.”

Para celebrar el éxito de la misión, he aquí diez descubrimientos destacados hechos por las sondas de Van Allen, listados en orden cronológico.

• Los cinturones de Van Allen fueron descubiertos en 1958 y, durante décadas, los científicos pensaron que sólo existían dos cinturones concéntricos. Pero días después del lanzamiento de las sondas Van Allen, se descubrió que, durante tiempos de intensa actividad solar, un tercer cinturón se puede formar.

• Los cinturones están compuestos de partículas cargadas y campos electromagnéticos, y pueden ser energizados por diferentes tipos de ondas de plasma. Uno de ellos, denominado capa electrostática doble, aparece como breves eventos de campo eléctrico intensificado. Durante un período de observación, la sonda B observó 7.000 eventos de este tipo pasar repetidamente sobre la nave espacial en un minuto. Estos pequeños eventos individuales sumaron hasta un millón de voltios en seis minutos, algo capaz de acelerar los electrones hacia las energías relativistas comúnmente vistas en las partículas del cinturón de radiación.

• Durante las grandes tormentas espaciales, causadas por la actividad solar, los iones, átomos o moléculas cargados eléctricamente, pueden ser empujados profundamente hacia la magnetosfera de la Tierra en una serie de eventos impetuosos. Estas partículas llevan corrientes electromagnéticas que giran alrededor del planeta y pueden distorsionar drásticamente el campo magnético de la Tierra.

• A través del espacio, los campos eléctricos y magnéticos fluctuantes pueden crear lo que se conoce como ondas de plasma. Estas ondas se intensifican durante las tormentas espaciales y pueden acelerar las partículas a velocidades relativistas. Las sondas Van Allen descubrieron que un tipo de onda de plasma conocida como coro (porque crea un registro sonoro rítmico) puede contribuir en gran medida a la pérdida de electrones de los cinturones.

• Los cinturones de Van Allen están compuestos de iones y electrones con una gama de energías. En 2015, la investigación de las sondas Van Allen descubrió que, a diferencia del cinturón exterior, en el cinturón interior no había electrones con energías superiores a un millón de electronvoltios.

• Las ondas de plasma conocidas como ondas de coro silbador también son comunes en el entorno cercano a la Tierra. Pueden viajar paralelas o en algún ángulo al campo magnético local. Las sondas Van Allen demostraron que los dos tipos de ondas no pueden estar presentes simultáneamente, resultando en una mayor dispersión de partículas en ciertas áreas del cinturón.

• Las ondas de coro de baja frecuencia, otra variedad de onda plasmática, pueden incrementar la energía de los electrones en millones de electronvoltios. Bajo condiciones de tormenta solar, las sondas Van Allen vieron que estas ondas pueden aumentar enormemente la energía de las partículas presentes en los cinturones en pocas horas.

• Los científicos a menudo utilizan modelos simulados para entender la física detrás de ciertos fenómenos. Un modelo de simulación de partículas en los cinturones de Van Allen ayudó a los científicos a entender cómo las partículas pueden perderse, reponerse y quedar atrapadas por el campo magnético de la Tierra.

• Las Sondas Van Allen observaron varios casos de iones extremadamente energéticos acelerando hacia la Tierra. La investigación encontró que la aceleración de estos iones estaba conectada a su carga eléctrica y no a su masa.

• El Sol emite ráfagas más rápidas y ráfagas más lentas de partículas cargadas, lo que conoce como viento solar. Dado que el Sol rota, estas ráfagas llegan a la Tierra periódicamente. Los cambios en estas ráfagas causan que la extensión de la región de gas ionizado frío alrededor de la Tierra, la plasmasfera (o magnetosfera interna), se encoja. Los datos de las sondas de Van Allen mostraron que tales cambios en la plasmasfera fluctúan a la misma velocidad que la rotación solar cada 27 días.

Escrito por Mara Johnson-Groh, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Versión en inglés