Los científicos descubren como los rayos impactan en los cinturones de radiación de la Tierra

Un estudio revela que un nuevo tipo de onda electromagnética puede transportar una cantidad sustancial de energía de rayos a la magnetosfera de la Tierra. La investigación se publica hoy en Science Advances.

Un nuevo tipo de onda electromagnética "silvante"

Vikas Sonwalkar, profesor emérito, y Amani Reddy, profesor adjunto, descubrieron el nuevo tipo de onda. La onda transporta la energía de los rayos, que entra en la ionosfera en latitudes bajas, hasta la magnetosfera. La energía se refleja hacia arriba en el límite inferior de la ionosfera, a unos 88,5 km de altitud, en el hemisferio opuesto.

Anteriormente se creía, escriben los autores, que la energía de los rayos que entraba en la ionosfera en latitudes bajas quedaba atrapada en la ionosfera y, por lo tanto, no llegaba a los cinturones de radiación. Los cinturones son dos capas de partículas cargadas que rodean el planeta y se mantienen en su lugar gracias al campo magnético de la Tierra.

"Como sociedad, dependemos de la tecnología espacial ", afirmó Sonwalkar. "Los sistemas de comunicación y navegación modernos, los satélites y las naves espaciales con astronautas a bordo se enfrentan a partículas energéticas dañinas de los cinturones de radiación, que pueden dañar los dispositivos electrónicos y causar cáncer.

"Tener una mejor comprensión de los cinturones de radiación y la variedad de ondas electromagnéticas, incluidas las originadas en los rayos terrestres, que impactan sobre ellos es vital para las operaciones humanas en el espacio", dijo.

El descubrimiento de Sonwalkar y Reddy es un tipo de onda silbante que ellos llaman "silbador reflejado especularmente". Los silbadores producen un sonido silbante cuando se reproducen a través de un altavoz.

La ionosfera es una capa de la atmósfera superior de la Tierra que se caracteriza por una alta concentración de iones y electrones libres. Está ionizada por la radiación solar y los rayos cósmicos, lo que la hace conductora y crucial para la comunicación por radio porque refleja y modifica las ondas de radio.

La magnetosfera de la Tierra es una región del espacio que rodea al planeta y que se crea a partir del campo magnético de la Tierra. Proporciona una barrera protectora que impide que la mayoría de las partículas del viento solar lleguen a la atmósfera y dañen la vida y la tecnología.

La investigación de Sonwalkar y Reddy muestra que ambos tipos de silbadores (silbadores reflejados especularmente y silbadores reflejados magnetosféricamente) coexisten en la magnetosfera.

En su investigación, los autores utilizaron datos de ondas de plasma de las sondas Van Allen de la NASA, que se lanzaron en 2012 y funcionaron hasta 2019, y datos de rayos de la Red Mundial de Detección de Rayos.

Desarrollaron un modelo de propagación de ondas que, al considerar los silbidos reflejados especularmente, mostró la duplicación de la energía del rayo que llega a la magnetosfera.

La revisión de los datos de ondas de plasma de las sondas Van Allen mostró que los silbidos reflejados especularmente son un fenómeno magnetosférico común.

La mayoría de los rayos ocurren en las latitudes bajas, que son regiones tropicales y subtropicales propensas al desarrollo de tormentas.

"Esto implica que los silbatos reflejados especularmente probablemente transportan una mayor parte de la energía del rayo a la magnetosfera en relación con la transportada por los silbatos reflejados magnetosféricamente", dijo Sonwalkar.

El impacto de las ondas silbantes generadas por rayos en la física del cinturón de radiación y su uso en la teledetección del plasma magnetosférico se han investigado desde la década de 1950.

Referencia

Vikas S. Sonwalkar et al, Specularly reflected whistler: A low-latitude channel to couple lightning energy to the magnetosphere, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado2657