La energía de los rayos alcanza los cinturones de radiación terrestres

Científicos han descubierto un nuevo tipo de onda electromagnética 'silbante' que transporta una cantidad sustancial de energía de los rayos a la magnetosfera de la Tierra.

La investigación, liderada por científicos de la Universidad de Alaska Fairbanks, se publica en Science Advances.

Su descubrimiento muestra que la contribución total de la energía de los rayos a la magnetosfera protectora de la Tierra es el doble de lo estimado anteriormente. Esto implica que las estimaciones del impacto de la energía de los rayos en los cinturones de radiación de la Tierra, que influyen en el clima espacial y por donde viajan los satélites y los astronautas, necesitan una revisión sustancial.

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, a la magnetosfera. La energía se refleja hacia arriba por el límite inferior de la ionosfera, a unos 80 kilómetros de altitud, en el hemisferio opuesto.

Anteriormente se creía, escriben los autores, que la energía de los rayos que entra 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", dijo Sonwalkar en un comunicado. "Los sistemas de comunicación y navegación modernos, los satélites y las naves espaciales con astronautas a bordo se encuentran con 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 que se originan en los rayos terrestres, que impactan en ellos es vital para las operaciones humanas en el espacio", dijo.

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

La energía de los rayos que ingresa a la ionosfera en latitudes más altas llega a la magnetosfera como un tipo diferente de silbido llamado silbido reflejado magnetosféricamente, que sufre una o más reflexiones dentro de la magnetosfera.

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 el planeta y que se crea por el campo magnético de la Tierra. Proporciona una barrera protectora que evita 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 silbidos (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 silbadores reflejados especularmente, mostró la duplicación de la energía de los rayos que llegan 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 se producen en las latitudes bajas, que son regiones tropicales y subtropicales propensas al desarrollo de tormentas eléctricas.

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

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