Los Cinturones de Van Allen, descubiertos por un error en la colocación del satélite Explorer 1

Sandra Isabel Jiménez Mateos

Cuando los cinturones de radiación fueron descubiertos, en 1958, desafiaron las ideas ortodoxas que se tenían en esa época. La mayoría de las personas asumía que el espacio alrededor de la Tierra estaba vacío. El primer satélite estadounidense, el Explorer 1, demostró lo contrario.

El Explorer 1, oficialmente 1958 Alpha 1, fue lanzado el 31 de enero de 1958 (a las 22:48, hora del Este de los EE.UU., 3:48 del Tiempo Universal Coordinado), desde Cabo Cañaveral, a bordo del cohete Júpiter C, diseñado por un alemán, ex nazi, Werner Von Braun, creador del cohete de largo alcance V-2, aunque luego fue apodado por los estadounidenses como “pionero del espacio”

El Explorer 1 no era muy grande, pues tenía una longitud de 203 centímetros, un diámetro de 15,9 centímetros y un peso de despegue de 13,97 kilogramos. A pesar de eso, fue el primero en alcanzar la órbita y retornar información científica.

La pequeña sonda espacial estaba equipada con un tubo Geiger para contar los protones y electrones energéticos.  Al viajar alrededor de la Tierra, el Explorer 1 encontró tantas partículas cargadas que el registro del contador estuvo fuera de la escala casi todo el tiempo.

Su lanzamiento se produjo como parte de la carrera espacial que sostenían Estados Unidos y la entonces Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS), cuando ambas potencias también querían utilizar esa tecnología como forma de amenaza militar en la llamada Guerra Fría.

Previo al lanzamiento del Explorer 1, la URSS ya había proyecto los Sputnik I y II.

Paradójicamente el descubrimiento se dio gracias a que la colocación del satélite fue un fracaso conforme a la órbita que se planeó originalmente.

De hecho, fue hasta alrededor de la 1:30 de la madrugada del 1 de febrero, en la costa este de Estados Unidos, y tras la confirmación de que el Explorer 1 estaba efectivamente en órbita, que se celebró una rueda de prensa en el Great Hall de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos en Washington D. C. para anunciar su colocación al resto del mundo

James Van Allen diseñó un experimento simple de rayos cósmicos que incluía un contador Geiger (dispositivo para medir la radiación) y una grabadora.

Antes de esto ya había explorado la atmósfera superior de la Tierra con globos que podían medir los niveles de radiación que había en la atmósfera.

Durante el vuelo del Explorer 1, los niveles de radiación parecían estar en aumento cuando, de pronto, descendieron hasta cero y luego comenzaron a aumentar nuevamente, para después volver a descender hasta cero. Pronto, el equipo se dió cuenta de que las regiones que aparecían en cero realmente estaban ¡fuera de escala! Estas regiones de alta radiación fueron identificadas y se les conoce como, los cinturones de radiación de Van Allen.

Con esas mediciones se determinó la existencia de los cinturones de radiación, a los cuales se les dio el nombre de Van Allen, en honor a James van Allen, quien dirigió el diseño, la construcción y la instrumentación científica del Explorer 1.

El satélite estuvo enviando datos hasta el 28 de febrero, pero se mantuvo en órbita y el 31 de marzo de 1970, se produjo su reentrada en la atmósfera, precipitándose al Océano Pacífico.

¿Qué son los cinturones de Van Allen?

Los cinturones de Van Allen son ciertas zonas de la magnetosfera terrestre donde se concentran las partículas cargadas, que forman parte del campo magnético de la Tierra, que protege al planeta de las radiaciones exteriores.

Estos cinturones de radiación se originan por el intenso campo magnético de la Tierra que es producto de su rotación. Ese campo atrapa partículas cargadas (plasma) provenientes del Sol (viento solar), así como partículas cargadas que se generan por interacción de la atmósfera terrestre con la radiación cósmica y la radiación solar de alta energía.

La zona que ocupan es altamente radiactiva, contiene antiprotones, antipartículas de enorme fuerza electromagnética.

Los experimentos de seguimiento en otras tres misiones con el Explorer 3, Explorer 4 y Pioneer 3, se encargaron de establecer que existían dos diferentes tipos de cinturones de radiación que estaban rodeando la Tierra.

Los cinturones son evitados por las misiones espaciales tripuladas, porque su radiación puede dañar el organismo humano. Esta región se extiende desde algunos cientos de kilómetros sobre la Tierra hasta unos 48,000 a 64000 km de distancia. La mayor parte de los protones de alta energía (mayor de 10 MeV) se encuentran en el cinturón interior a una altitud de 3.200 km; los electrones están más concentrados en un cinturón exterior que se extiende a muchos radios de la Tierra en el espacio.

En la década de 1950, los cinturones de radiación tenían muy poco efecto sobre la gente común. En la actualidad, son cruciales para nuestra sociedad, que hace tanto uso de la tecnología.   Cientos de satélites que se usan para todo, desde la predicción de las condiciones del tiempo hasta los GPS (Global Positioning Systems, en idioma inglés, o Sistemas de Posicionamiento Global, en español) o la televisión, de manera rutinaria rozan los cinturones, exponiéndose de este modo a partículas energéticas que pueden dañar los paneles solares y causar cortocircuitos en aparatos electrónicos sensibles. Durante las tormentas geomagnéticas cuando los cinturones están agrandados por la actividad solar, importantes cantidades de satélites pueden ser tragados poniendo así en peligro a la tecnología que utilizamos en la vida cotidiana aquí en el planeta, que se encuentra debajo.

Uno de los grandes misterios de los cinturones de radiación es la forma loca en la que reaccionan a las tormentas solares. “Casi cualquier cosa puede pasar”.

Cuando una nube de tormenta que proviene del Sol golpea los cinturones de radiación, normalmente reaccionan de manera contraria a la intuición.  Una posible reacción es que los cinturones de radiación se llenen de partículas energéticas, tales como los potentes “electrones asesinos” que preocupan a las personas que planean la misión.   De cualquier modo, precisamente lo opuesto también suceder. Una tormenta solar puede provocar que los cinturones pierdan sus partículas asesinas, convirtiéndolos de manera temporaria en lugares seguros. ¡Y, en algunas ocasiones, nada ocurre! Los cinturones permanecen completamente sin cambios.

No hay una idea unificada de qué fenómenos son los más importantes dentro de los cinturones. En las conferencias científicas sobre el tema si hay 100 personas, habrá 100 diferentes respuestas a la pregunta. ¿Cómo se energizan los electrones asesinos?  Algunos afirman que es debido a las ondas de plasma; otros apuntan a los choques con el viento solar; otros están a favor de la difusión. Y la lista continúa.

Los cinturones de Van Allen son parte de nuestro hogar en el espacio.