Cinturones de Van Allen. El escudo de la Tierra.

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Comienza el año 1958 y los EEUU van a lanzar el satélite Explorer I dentro del cohete Juno I desde Cavo Cañaveral. La expectación es máxima pues es la esperanza americana de contrarrestar el golpe dado por la URSS el año anterior con el lanzamiento de Spútnik 2. Los EEUU estaban perdiendo la carrera espacial y necesitaban un golpe de mano.

El Explorer I contenía una carga científica diseñada en la Universidad estatal de Iowa por un equipo encabezado por James Alfred Van Allen. Su misión era tomar la mayor cantidad de datos posibles en su transito espacial. Esa carga contenía muchos aparatos de medida de la época, entre ellos un contado Geiger (esos aparatos que se usan en las películas para detectar radiación y que suenan a roto).

Con los datos obtenidos Van Allen y su equipo se pusieron a investigar y descubrieron que en el espacio existen zonas con una alta concentración de radiación. Más en concreto dos zonas con forma de donuts al rededor de la tierra y separadas una de otra. A estas zonas se les conoce como los Cinturones de Van Allen.

¿Que son?. ¿Como se han producido?. ¿Donde están?. ¿Son importantes?. ¿En que afectan directamente?.

Vamos por partes.

Diagrama de los Cinturones de Van Allen

Los Cinturones de Van Allen son una acumulación de partículas altamente radiactivas confinadas por la acción de los campos magnéticos. Existen dos. El Interior está constituido principalmente por protones de alta energía (1 a 5 MeV) generadas por el choque de las ráfagas de partículas de rayos cósmicos contra las capas altas de la atmósfera. El Cinturón Exterior está formado por electrones de muy alta energía (0,1 a 10 Mev) de los rayos cósmicos que llegan del Sol por el viento solar.

Como hemos dicho, estas partículas se juntan en los Cinturones de Van Allen por el confinamiento de los campos magnéticos. Pero, ¿cuales son esos campos?. La Tierra tiene un movimiento de rotación sobre su Eje. Esta rotación del núcleo metálico fundido de la Tierra crea unos flujos magnéticos que dan a la magnetosfera. La magnetosfera puede definirse como una burbuja magnética que envuelve a nuestro planeta que nos aísla de las partículas radiactivas del Universo. Físicamente es un campo magnético con forma toroidal que crea flujos de partículas entre sus «capas magnéticas». Según las características de las partículas que llegan a la Tierra, van atravesando capas hasta que se quedan atrapadas en alguna de las zonas de flujo. Este campo magnético no es exclusivo de la Tierra y otros planetas como Saturno y Júpiter también tienen Cinturones de Van Allen.

Pero el Eje de rotación de la Tierra es particular, sabemos que está torcido o tumbado con respecto a la esfericidad del Planeta. El centro del campo magnético queda por tanto desviado del centro geográfico en 450 km. Por eso los campos no son del todo simétricos y se produce una anomalía. La Anomalía del Atlántico Sur (SAA, South Atlantic Anomaly). Esta anomalía se extiende sobre el Ártico Sur a órbitas bajas y tiene una alta intensidad de radiación.

Diagrama de la estructura de la magnetoesfera terrestre.

Sabemos que el Cinturón Interior está situado entre 1000 y 5000 km de altitud, mientras que el Cinturón Exterior se encuentra entre 15000 y 20000 km. Para hacernos una idea hay que saber que la Estación Espacial Internacional (ISS) orbita a una altura de 400 km y que los satélites geoestacionarios orbitan a 36.000 km de altitud. Ni las distancias ni las densidades son constantes. Es más, la NASA envió al espacio en 2012 dos sondas para estudiar los Cinturones de Van Allen y la sorpresa fue grande cuando en el mes de septiembre los registros mostraban no dos, sino tres cinturones. Una onda de choque de viento solar había dividido el Cinturón Exterior. El 1 de octubre de ese mismo año, otra onda destruyó los dos cinturones y una tercera onda, una semana después, restauró el Cinturón Exterior como le conocemos.

Los Cinturones de Van Allen son importantes para la vida al atrapar las partículas radiactivas que llegan a la Tierra desde los confines del Universo y las erupciones solares. Pero también son un problema si hablamos de mirar a las estrellas, o simplemente comunicarnos por satélite. Por un lado, las grandes concentraciones de radiación hace que los Cinturones de Van Allen sean nocivos para el cuerpo humano. Por otro, lado, tampoco es bueno para los aparatos eléctricos que cada vez son más sensibles a las radiaciones por la miniaturización de los circuitos integrados.

Así llegamos a la pregunta de ¿en que afectan directamente?.

Para la vida humana en la Tierra no son perjudiciales, muy al contrario, sin ellos no podríamos habitar la superficie del Planeta.

Para la vida humana fuera de la Tierra son perjudiciales. Sabemos que la exposición a la radiación aumenta considerablemente las posibilidades de contraer ciertas enfermedades. La permanencia prolongada en los Cinturones de Van Allen es un riesgo para la salud. Pero la clave está en la prolongación. La órbita de la ISS hace que pase directamente por la SAA. Esta es la razón por la cual los astronautas que la habitan solo hacen estancias de seis meses. En ese tiempo, sus cuerpos reciben la misma cantidad de radiación que un operario industrial puede recibir en un año de trabajo ( 0,25 Sv (250 rem)). En los casos en los que las misiones espaciales han supuesto atravesar los Cinturones, las trayectorias han sido meticulosamente calculadas para pasar por zonas estrechas y de menor flujo, de forma que los tiempo de exposición son pequeños.

Y para los componentes eléctricos es desastrosa. Un satélite situado en una órbita dentro de los Cinturones de Van Allen quedaría completamente destruido. Por lo que los satélites quedan divididos en tres áreas. Los Geoestacionarios (GEO), situados a altitudes cercanas a 36000 Km y se utilizan para transmisión de comunicaciones y análisis meteorológicos. Los Satélites de Órbita Media (MEO) como el GPS se encuentran en la zona media, entre los 10000 y los 15000 Km. Y los Satélites de Órbita Baja (LEO) para telefonía y geología situados entre los 700 y los 1500 Km.

Por otro lado los componentes que equipan las misiones espaciales suelen llevar una protección anti radiación debido a las radiaciones cósmicas, pero cuando pasan por los Cinturones es mejor que vayan apagados para no sufrir daños significativos.

Los Cinturones de Van Allen, aunque desconocidos para muchos, son esenciales para la vida, y un quebradero de cabeza para todos los ingenieros espaciales.

Datos curiosos para conspiraciones y anti conspiraciones.

Los Cinturones de Van Allen se conocen desde 1958 y las misiones Apolo tripuladas son posteriores, en concreto la Apolo 11 que llegó a la Luna se envió en 1969. Una de las razones esgrimidas para negar que el hombre pisara la Luna es la de que los astronautas no podrían haber sobrevivido al transito por los Cinturones metidos en las latas de aluminio en las que viajaron.

Pero la teoría flojea por varias razones.

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    • Todos los astronautas de las diferentes misiones Apolo los atravesaron pero parece que solo debieron morir los de la Apolo 11.
    • Los Cinturones ya eran bien conocidos y la NASA se tomo la molestia de preparar las ventanas y las trayectorias de lanzamiento para que el la nave cruzara por las zonas más estrechas y con menor flujo. Por lo que la radiación recibida total durante viaje no llegó nunca a niveles críticos. Es más, se estimó que la duración máxima del viaje para ser segura no debía superar los 10 días. La misión duró poco más de 9. Los datos pueden verse en el archivo publico de la NASA.
    • Las naves como los tripulantes tenían incorporados medidores de radiación con los que podemos observar las exposiciones sufridas en los viajes y paseos espaciales. Estos datos también son públicos.
  • Tanto los controles médicos posteriores a las misiones, como los realizados años después, confirman las predicciones estadísticas de exposición a altas radiaciones. Ser astronauta es un sueño hecho realidad para muchos que te marca para toda la vida, literal y figuradamente.

Referencias:

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