El físico James Van Allen descubrió en 1958 que el espacio es radiactivo. Su trabajo lo hizo con información de las mediciones que realizaron los primeros satélites de US que viajaron al espacio. Encontró que la Tierra está rodeada por dos anillos en forma de rosquilla que están muy cargadas de partículas de radiación; un anillo interno de electrones de alta energía e iones positivos y un anillo externo de electrones de alta energía que ahora se conocen como los cinturones de radiación de Van Allen. Estas partículas de alta energía que están en los cinturones y que se desplazan a velocidades cercanas al de la luz, crean un ambiente hostil para los satélites y los seres humanos en el espacio.
En los últimos años, ha habido mucho interés científico en la comprensión de los cinturones de Van Allen, debido a que los satélites de telecomunicaciones más avanzados tecnológicamente, que pasan una gran cantidad de tiempo en los cinturones, así como los satélites de navegación GPS que tienen que operar en el corazón de los cinturones, son más vulnerables a la radiación espacial.
Las partículas que son más peligrosas para las naves espaciales se conocen como electrones relativistas y ultra-relativistas. Los "electrones asesinos", ultra-relativistas, son especialmente peligrosos y pueden penetrar los satélites mejor protegidos y valiosos. Si bien es posible proteger los satélites de partículas relativistas, protegerlos de partículas ultra-relativistas es prácticamente imposible, añadió.
Es por estas razones que la comprensión de la dinámica de estas partículas ha sido un gran reto para los científicos desde que Van Allen descubrió la radiación espacial. Desde finales de la década de 1960, los científicos han hecho muchas observaciones con el fin de entender la pérdida de electrones en los cinturones de Van Allen.
Una de las teorías propuestas es que las partículas se dispersan en la atmósfera por ondas electromagnéticas. Estas ondas son producidas por la inyección de iones que son más pesados que los electrones y llevan una gran cantidad de energía. Estas pueden potencialmente dispersar electrones en la atmósfera. Hasta hace poco, esta teoría, fue la candidata más convincente sobre la pérdida de electrones.
En 2006, Yuri Shprits y colegas de UCLA College, propusieron otro mecanismo. Ellos sugirieron que más del 99 por ciento de las partículas que de repente se pierden, como electrones dispersos en el espacio interplanetario, que no son atrapados por el campo magnético de la Tierra. El equipo condujo estudios adicionales que proporcionaron pruebas para este mecanismo.
El modelado que realizaron los científicos de grandes números de electrones en energías relativistas pareció favorecer este mecanismo y no requirió la dispersión de electrón por ondas de ciclotrón de ion electromagnéticas. Sin embargo, no estaba claro qué mecanismo operaba o dominaba durante las tormentas, y qué mecanismo explican las pérdidas más dramáticas de electrones en el entorno espacial.
La pérdida de partículas es difícil de precisar. Ambos tipos de mecanismos de pérdida se intensifican durante las tormentas, por lo que es difícil distinguir una de la otra.
Afortunadamente para los científicos, varios factores se combinaron para ayudar a resolver este problema. En enero de 2013 una tormenta en los cinturones de Van Allen permitió a los investigadores utilizar detectores para medir la distribución y la dirección de las partículas. Los más intensos electrones relativistas y ultra-relativistas fueron descubiertos en diferentes lugares en los cinturones. Y las partículas ultra-relativistas fueron localizadas en el interior de la magnetosfera.
Mediciones detalladas, incluyendo investigaciones de velocidad de las partículas, la velocidad y la dirección radial, mostraron que las olas fueron de hecho las que dispersaron las partículas a la atmósfera, pero sólo tenían incidencia en los electrones ultra-relativistas , pero no en las partículas relativistas.
Estos hallazgos resuelven una pregunta científica fundamental sobre nuestro entorno espacial y pueden ayudar a desarrollar métodos para la limpieza de los cinturones de radiación de las radiaciones nocivas y hacer que el ambiente alrededor de la Tierra sea más amigable para los satélites.
La investigación que ha sido liderada por Yuri Shprits de la UCLA College y ha sido publicada en la revista Nature Communications. (Con información de PHYS.org)