'Electrones asesinos': las tormentas eléctricas juegan al pinball cósmico con el tiempo espacial
Los llamados "electrones asesinos" pueden penetrar el metal de los satélites, golpear placas de circuitos y pueden ser cancerígenas si golpean a una persona en el espacio. Estos electrones se dan con más frecuencia de lo que se pensaba.
Cuando cae un rayo, los electrones caen a raudales. En un nuevo estudio, investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder, dirigidos por un estudiante de grado, han descubierto una novedosa conexión entre el tiempo en la Tierra y el tiempo espacial.
El equipo utilizó datos satelitales para revelar que las tormentas eléctricas en nuestro planeta pueden desalojar electrones particularmente de alta energía, o "extracalientes", del cinturón de radiación interior, una región del espacio envuelta por partículas cargadas que rodean la Tierra como una cámara de aire.
Los electrones asesinos
Los resultados del equipo podrían ayudar a los satélites e incluso a los astronautas a evitar la radiación peligrosa en el espacio. Este es un tipo de lluvia torrencial en la que no quieres quedar atrapado, dijo el autor principal y estudiante de pregrado Max Feinland.
"Estas partículas son las que dan miedo o lo que algunas personas llaman ' electrones asesinos '", dijo Feinland, quien recibió su licenciatura en ciencias de ingeniería aeroespacial en CU Boulder en la primavera de 2024. "Pueden penetrar el metal de los satélites, golpear placas de circuitos y pueden ser cancerígenas si golpean a una persona en el espacio".
El estudio apareció el 8 de octubre de 2024 en la revista Nature Communications.
Los hallazgos apuntan a los cinturones de radiación, que son generados por el campo magnético de la Tierra. Lauren Blum, coautora del artículo y profesora adjunta en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) en CU Boulder, explicó que dos de estas regiones rodean nuestro planeta: si bien se mueven mucho con el tiempo, el cinturón interior tiende a comenzar a más de 966 km sobre la superficie. El cinturón exterior comienza aproximadamente a unas 19.312 km de la Tierra. Estos flotadores en el espacio atrapan partículas cargadas que fluyen hacia nuestro planeta desde el sol, formando una especie de barrera entre la atmósfera de la Tierra y el resto del sistema solar.
Pero no son exactamente herméticos. Los científicos, por ejemplo, saben desde hace tiempo que los electrones de alta energía pueden caer hacia la Tierra desde el cinturón de radiación exterior. Sin embargo, Blum y sus colegas son los primeros en detectar una lluvia similar procedente del cinturón interior.
En otras palabras, la Tierra y el espacio pueden no estar tan separados como parecen.
"El tiempo espacial realmente está determinado tanto desde arriba como desde abajo", dijo Blum.
Un rayo caído del cielo
Es un testimonio del poder del rayo.
Cuando un rayo cae en la Tierra, esa explosión de energía también puede enviar ondas de radio en espiral hacia el espacio profundo. Si esas ondas chocan con los electrones en los cinturones de radiación, pueden liberarlos, un poco como cuando sacudes tu paraguas para quitarte el agua. En algunos casos, esa "precipitación de electrones inducida por rayos" puede incluso influir en la química de la atmósfera terrestre .
Hasta ahora, los investigadores sólo habían recogido mediciones directas de electrones de menor energía, o más fríos, que caían desde el cinturón de radiación interior.
"Normalmente, se piensa que el cinturón interior es un poco aburrido", dijo Blum. "Es estable. Siempre está ahí".
El nuevo descubrimiento de su equipo se produjo casi por accidente. Feinland estaba analizando datos del satélite Solar, Anomalous, and Magnetospheric Particle Explorer (SAMPEX) de la NASA, ahora fuera de servicio, cuando vio algo extraño: grupos de lo que parecían ser electrones de alta energía moviéndose a través del cinturón interior.
"Le mostré a Lauren algunos de mis eventos y ella me dijo: 'No es ahí donde se supone que deben estar'", dijo Feinland. "Algunas publicaciones sugieren que no hay ningún electrón de alta energía en el cinturón interior".
El equipo decidió investigar más a fondo.
En total, Feinland contó 45 picos de electrones de alta energía en el cinturón interior entre 1996 y 2006. Comparó esos eventos con los registros de rayos en América del Norte. Efectivamente, algunos de los picos de electrones parecían ocurrir menos de un segundo después de que los rayos cayeran en el suelo.
Pinball electrónico
Esto es lo que el equipo cree que está sucediendo: después de la caída de un rayo, las ondas de radio de la Tierra desencadenan una especie de juego de pinball frenético en el espacio. Chocan con los electrones del cinturón interior, que luego comienzan a rebotar entre los hemisferios norte y sur de la Tierra, yendo y viniendo en solo 0,2 segundos.
Y cada vez que los electrones rebotan, algunos de ellos caen fuera del cinturón y entran en nuestra atmósfera.
"Hay una gran masa de electrones que rebota, regresa y rebota de nuevo", dijo Blum. "Verás esta señal inicial y se irá desintegrando".
Blum no está seguro de la frecuencia con la que ocurren estos fenómenos. Es posible que ocurran principalmente durante períodos de alta actividad solar, cuando el Sol expulsa una gran cantidad de electrones de alta energía, que llenan el cinturón interior con estas partículas.
Los investigadores quieren comprender mejor estos eventos para poder predecir cuándo es probable que ocurran, lo que podría ayudar a mantener seguros a las personas y los dispositivos electrónicos en órbita.
Otros coautores del nuevo estudio fueron Robert Marshall, profesor asociado del Departamento de Ciencias de Ingeniería Aeroespacial Ann y HJ Smead de la Universidad de Colorado en Boulder, Longzhi Gan de la Universidad de Boston, Mykhaylo Shumko del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins y Mark Looper de The Aerospace Corporation.
Referencia
Max Feinland et al, Lightning-induced relativistic electron precipitation from the inner radiation belt, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-53036-4