‘Electrones asesinos’: las tormentas eléctricas juegan al pinball cósmico con el clima espacial

Cuando cae un rayo, los electrones caen a borbotones. En un nuevo estudio, investigadores de la Universidad de Colorado Boulder, dirigidos por un estudiante universitario, descubrieron una nueva conexión entre el clima en la Tierra y el clima espacial. El equipo utilizó datos satelitales para revelar que las tormentas eléctricas en nuestro planeta pueden desalojar electrones particularmente de alta energía o «extra calientes» del cinturón de radiación interior, una región del espacio envuelta por partículas cargadas que rodean la Tierra como un tubo interior.

Los resultados del equipo podrían ayudar a los satélites e incluso a los astronautas a evitar la peligrosa radiación en el espacio. Este es un tipo de aguacero en el que no querrás quedar atrapado, dijo el autor principal y estudiante universitario 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 las placas de circuito y pueden «Sería cancerígeno si impactara a una persona en el espacio».

El El estudio apareció el 8 de octubre. en el diario Comunicaciones de la naturaleza.

Los hallazgos apuntan hacia los cinturones de radiación, que son generados por el campo magnético de la Tierra. Lauren Blum, coautora del artículo y profesora asistente en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de CU Boulder, explicó que dos de estas regiones rodean nuestro planeta: si bien se mueven mucho con el tiempo, el cinturón interior tiende a para comenzar a más de 600 millas sobre la superficie. El cinturón exterior comienza aproximadamente a unas 12.000 millas 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 mucho tiempo que los electrones de alta energía pueden caer hacia la Tierra desde el cinturón de radiación exterior. Blum y sus colegas, sin embargo, 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 clima espacial realmente es impulsado tanto desde arriba como desde abajo», dijo Blum.

Perno del azul

Es un testimonio del poder del rayo.

Cuando un rayo destella en el cielo de la Tierra, ese estallido de energía también puede enviar ondas de radio en espiral hacia las profundidades del espacio. Si esas ondas chocan contra los electrones en los cinturones de radiación, pueden liberarlos, un poco como sacudir el paraguas para hacer caer el agua. En algunos casos, esta «precipitación de electrones inducida por rayos» puede incluso influir en la química de la atmósfera terrestre.

Hasta la fecha, los investigadores sólo habían recopilado mediciones directas de electrones de menor energía o «más fríos» que caen del cinturón de radiación interior.

«Por lo general, 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 Explorador de Partículas Solares, Anómalas y Magnetosféricas (SAMPEX), ahora fuera de servicio de la NASA, 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 dijo: ‘No es ahí donde se supone que deben estar'», dijo Feinland. «Alguna literatura sugiere que no hay ningún electrón de alta energía en el cinturón interior».

El equipo decidió profundizar más.

En total, Feinland contó 45 oleadas de electrones de alta energía en el cinturón interior entre 1996 y 2006. Comparó esos eventos con registros de rayos en América del Norte. Efectivamente, algunos de los picos de electrones parecieron ocurrir menos de un segundo después de que un rayo cayera sobre 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 inician una especie de juego de pinball maníaco en el espacio. Chocan contra electrones en el cinturón interior, que luego comienzan a rebotar entre los hemisferios norte y sur de la Tierra, yendo y viniendo en sólo 0,2 segundos.

Y cada vez que los electrones rebotan, algunos de ellos caen del cinturón a nuestra atmósfera.

«Tienes una gran masa de electrones que rebota, y luego regresa y rebota nuevamente», dijo Blum. «Verás esta señal inicial y desaparecerá».

Blum no está seguro de con qué frecuencia ocurren estos eventos. Pueden ocurrir principalmente durante períodos de alta actividad solar, cuando el sol escupe muchos electrones de alta energía, abasteciendo 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.

Feinland, por su parte, agradece la oportunidad de estudiar estas magníficas tormentas.

«Ni siquiera me di cuenta de lo mucho que me gustaba la investigación hasta que comencé este proyecto», dijo.

Otros coautores del nuevo estudio fueron Robert Marshall, profesor asociado del Departamento de Ciencias de Ingeniería Aeroespacial Ann y HJ Smead de CU 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 Corporación Aeroespacial.