Una extraña «abolladura» en el campo magnético de la Tierra dosifica las naves en órbita con altos niveles de radiación. Ha causado de todo, desde fallas periódicas hasta el fracaso total de una misión.
Crédito: Finlay et al., Earth, Planets and Space volumen 72, 156 (2020).
La radiación es un enemigo incoloro, insípido e inodoro tanto para los humanos como para los dispositivos electrónicos. Existe una peculiaridad en el campo magnético terrestre, una región llamada Anomalía del Atlántico Sur (SAA). Ésta, expone regularmente a las naves espaciales en órbita a altos niveles de partículas peligrosas.
A lo largo de los años, la SAA ha sido responsable de varias fallas de naves espaciales. Incluso dicta cuándo los astronautas pueden o no pueden realizar caminatas espaciales. El espacio alrededor de la Tierra se llena con un número creciente de naves, entonces ¿qué significa la SAA para el futuro de los vuelos espaciales?
La Magnetosfera terrestre y los Cinturones de Van Allen
El campo magnético de la Tierra es el resultado de un proceso autosostenible llamado geodínamo. A medida que el hierro fundido se derrama alrededor del núcleo exterior de nuestro planeta, genera corrientes eléctricas masivas. Éstas, a su vez, crean y refuerzan el campo magnético. El propio campo magnético de la Tierra se extiende decenas de miles de millas en el espacio. El área en la que el campo magnético interactúa con las partículas cargadas se llama magnetosfera. La magnetosfera protege la vida en la Tierra. Desvía el viento solar y los rayos cósmicos, que de otro modo despojarían gran parte de la atmósfera, entre otros efectos perjudiciales.
Crédito: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA.
Pero no todas las partículas entrantes se desvían. En cambio, algunas quedan atrapadas en dos regiones en forma de rosquilla llamadas Cinturones de radiación de Van Allen. El interior de los dos Cinturones de Van Allen se encuentra a un promedio de aproximadamente 400 millas (645 kilómetros) sobre la superficie terrestre. Dichos Cinturones están ubicados simétricamente alrededor del eje magnético de la Tierra, que no está perfectamente alineado con el eje de rotación de la Tierra. El resultado: la distancia de los Cinturones a la superficie de la Tierra varía en todo el mundo.
La anomalía magnética
La SAA es la región donde el interior del Cinturón de Van Allen se sumerge más cerca de la Tierra, a solo 120 millas (190 km) sobre la superficie. A esa altitud, las naves espaciales en órbita terrestre baja (LEO) pueden pasar periódicamente a través de la SAA. Esto las expone (y, en el caso de misiones tripuladas, a sus ocupantes) a grandes cantidades de partículas atrapadas de alta energía. Es decir, dosis potencialmente dañinas de radiación.
Nave perdida
La radiación de la SAA sin duda ha afectado a las naves espaciales, a veces conduciendo a su perdición. Un ejemplo notable es el Satélite de Astronomía de rayos X de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA). También llamado Hitomi, se lanzó a LEO en Febrero de 2016 para estudiar rayos X de alta energía de procesos extremos en todo el universo.
Crédito: Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA).
Pero JAXA perdió todo contacto con la sonda el 26 de Marzo de ese mismo año. Poco después, el Centro de Operaciones Espaciales Conjuntas de EE. UU. confirmó públicamente que había visto a Hitomi dividirse en al menos cinco pedazos. Y la pieza más grande se estaba cayendo, y finalmente se desprendieron aún más fragmentos. Hitomi, que había costado más de $ 270 millones, fue una pérdida total.
Todavía se debaten los detalles exactos de los problemas que llevaron a la pérdida. La nave llevaba un rastreador de estrellas, que le dice cómo está orientada en el espacio. Se sabía que dicho rastreador de Hitomi, experimentó repetidamente problemas cuando la nave volaba a través del la SAA. Es posible que el daño inducido por la radiación a este sistema finalmente provocara que la nave espacial girara hasta la muerte. La hizo girar demasiado rápido mientras trataba de corregir problemas de posición que en realidad no existían.
Otros satélites y naves espaciales afectadas debido a la SAA
De manera similar, en 2007, la empresa de comunicaciones de datos y telefonía por satélite Globalstar perdió varios de sus satélites de primera generación.
Tampoco son solo los satélites los que han tenido problemas. Las computadoras e instrumentos a bordo del Skylab, la ISS, el Shuttle e incluso la nave Dragon de SpaceX experimentaron problemas al pasar por la SAA.
Crédito: NASA / Roscosmos.
La SAA y los vuelos espaciales tripulados
¿Los altos niveles de radiación de la SAA también podrían poner en riesgo a los astronautas ? Debido a que la ISS pasa ocasionalmente por la SAA, fue construida con un amplio blindaje contra la radiación para proteger a los astronautas. Aunque los transbordadores espaciales ahora desaparecidos también pasaron por la SAA, la naturaleza corta de los vuelos del transbordador hizo que esto fuera menos preocupante. Las caminatas espaciales de la ISS están planificadas para que no tengan lugar durante los tránsitos a través de la SAA. Se evita así la alta exposición a la radiación que los astronautas podrían sufrir si tuvieran una exposición directa a la SAA.
Los científicos e ingenieros han adquirido más experiencia, tanto en el tratamiento de la SAA como en la construcción de naves espaciales. Así, han desarrollado estrategias para contrarrestar el daño potencial que pueden causar las partículas de alta energía. Los ingenieros pueden agregar más protección contra la radiación. Pero esto a menudo aumenta el peso de la nave espacial y, a su vez, aumenta los costos de lanzamiento. Los semiconductores denominados chips de circuito de arseniuro de galio auto-recocido son más resistentes al daño por radiación. Simplemente colocar los delicados componentes electrónicos más profundamente en el cuerpo de una nave, donde están rodeados por componentes más densos y resistentes, ofrece protección adicional.
Una cosa está clara. Con el avance del vuelo espacial, considerar peligros como la SAA es vital para proteger nuestras inversiones, ya sean en dólares, tecnología o vidas humanas.
Fuente: Astronomy Magazine.
Artículo original: «The spacecraft-killing anomaly over the South Atlantic«. Douglas G. Adler. February 19, 2021.
Material relacionado
Sobre los Cinturones de Van Allen
Los Cinturones de Radiación terrestres, dos regiones en forma de rosquilla, de partículas cargadas que rodean nuestro planeta, fueron descubiertos hace más de 50 años. Pero su comportamiento aún no se comprende por completo. Ahora, las nuevas observaciones de la misión de las Sondas Van Allen de la NASA dan un nuevo resultado. Muestran que los electrones más energéticos del Cinturón de Radiación Interior no están presentes durante gran parte del tiempo, contrariamente a lo que se pensaba anteriormente. Los resultados demuestran que no existe por lo general tanta radiación en el Cinturón Interior como se suponía anteriormente. Es una buena noticia para las naves espaciales que vuelan en la región.
La publicación siguiente lo aborda y continene además una selección de recursos sobre los Cinturones de Radiación.
Sobre el campo la sostenibilidad del Campo Magnético terrestre
Crédito de imagen – ESA / ATG medialab.
¿Cómo la composición química del núcleo de nuestro planeta dio forma a su historia geológica y habitabilidad?
La vida tal como la conocemos no podría existir sin el campo magnético de la Tierra. Eso se debe a su capacidad para desviar las partículas ionizantes peligrosas del viento solar y los rayos cósmicos más lejanos. Se genera continuamente por el movimiento del hierro líquido en el núcleo externo de la Tierra, un fenómeno llamado geodínamo.
Su importancia es fundamental. Pero muchas preguntas siguen sin respuesta sobre el origen del geodinamo y las fuentes de energía que lo han sostenido durante milenios.
Una investigación examina cómo la presencia de elementos más ligeros en el núcleo predominantemente de hierro podría afectar la génesis y la sostenibilidad del geodinamo.
El siguiente trabajo lo aborda y contiene recursos sobre el tema.
- ¿Cómo Sostiene La Tierra Su Campo Magnético? Carlos Costa. Sociedad Astronómica Octante, SAO. Julio 7, 2020.
Curiosidades
Explorer 1: El comienzo de la ciencia espacial estadounidense. A 60 años de su lanzamiento.
Créditos: NASA / JPL-Caltech
Hace sesenta años, las esperanzas de los Estados Unidos durante la Guerra Fría se elevaron en el cielo nocturno cuando un cohete despegó desde Cabo Cañaveral.
La fecha era el 31 de Enero de 1958. La NASA aún no se había formado, y el honor de este primer vuelo pertenecía al Ejército de los EE. UU. La única carga útil del cohete era un satélite en forma de jabalina. Fue construido por el Laboratorio de Propulsión a Reacción (Jet Propulsion Laboratory, JPL) en Pasadena, California. Explorer 1, como pronto se llamaría, fue el primer satélite de Estados Unidos.
Los comienzos de la exploración espacial de EE. UU. no fueron sin contratiempos: de los primeros cinco satélites Explorer, dos no pudieron alcanzar la órbita. Pero los tres que lo hicieron dieron al mundo el primer descubrimiento científico en el espacio: los Cinturones de Radiación de Van Allen.
El siguiente artículo lo presenta