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Buscando en el baúl de los recuerdos… ¡ERROR!

Crédito de la imagen destacada: ESA

Los rayos cósmicos son uno de los grandes desafíos a solventar de la exploración espacial. Aunque su origen no está del todo claro, se sabe que son partículas muy energéticas procedentes del medio galáctico, que en sus viajes entran y atraviesan el Sistema Solar. Apenas llegan a la superficie de la Tierra gracias a la magnetosfera, un “escudo” natural formado por el campo magnético terrestre que nos protege de radiaciones espaciales. Y de los rayos cósmicos que consiguen atravesarla, la mayor parte se descomponen en otras partículas menos energéticas al entrar en la atmósfera, dando lugar a las llamadas “cascadas atmosféricas”. Pero, ¿y cuando hacemos viajes espaciales? Al salir de la Tierra no hay nada que nos proteja de la exposición a esta radiación, así que nuestra salud (y la de nuestros instrumentos científicos) podría verse perjudicada. Por lo tanto, si queremos viajar a otros planetas, lunas o asteroides con cierta regularidad, es fundamental estudiar detalladamente los rayos cósmicos y sus efectos, a fin de poder diseñar métodos para protegernos. Y sobre cómo estudiarlos es de lo que hablaremos en el astrobito de hoy.

El inesperado método de estudio

Cuando queremos estudiar algo (como un cierto tipo de radiación), solemos diseñar y fabricar aparatos capaces de detectar ese algo. Los rayos cósmicos no son una excepción, de manera que para estudiarlos desde el espacio, algunos satélites (como Mars Odyssey y TGO en Marte) disponen de instrumentos específicos para obtener información sobre ellos. Pero el equipo firmante del artículo de hoy presenta una técnica mucho más original: estudiar los rayos cósmicos sin instrumentos diseñados específicamente para ello.

Resulta que cuando un rayo cósmico choca con un satélite, se pueden producir errores en su memoria informática y hacer que perdamos valiosísimos datos científicos que estaban allí almacenados. Así que los satélites y naves que enviamos al espacio tienen siempre un sistema para detectar y corregir estos fallos, el EDAC (“detección y corrección de errores”, por sus siglas en inglés). Así, cuando se produce un error en la memoria debido al impacto de un rayo cósmico, el EDAC lo corrige y anota el evento en la lista de errores. Se trata, por tanto, de datos “de ingeniería” que no se destinan a investigación científica sino al control y operación del instrumento. Es decir, el EDAC, pese a NO ser un detector de rayos cósmicos, lleva la cuenta de cuántos rayos cósmicos han impactado en la memoria del satélite desde que se lanzó. Así que… ¿por qué no usar los datos del EDAC para estudiar esta radiación?

El equipo de investigación que firma el artículo así lo hace, analizando los datos obtenidos por contadores EDAC a bordo de dos sondas de la Agencia Espacial Europea: Mars Express, que se encuentra orbitando Marte; y Rosetta, que visitó el cometa 67P/Churimov-Gerasimenko (Figura 1). En concreto, utilizan los datos recopilados desde 2005 hasta 2016 (Rosetta) y hasta 2020 (Mars Express).

Dos sondas espaciales de forma muy similar. La parte central es un cubo del que sale una antena con un plato circular, mientras que a los lados se extienden dos largos paneles solares. Una tiene de fondo la superficie del planeta Marte, y la otra, el espacio y un cometa.
Figura 1: Las sondas Mars Express (izquierda) y Rosetta (derecha). Crédito: ESA, D. Ducros (Mars Express), ESA/ATG medialab (Rosetta) y ESA/Rosetta/NavCam (cometa)

Los esperados resultados

Para averiguar si este método es lo suficientemente robusto como para estudiar los rayos cósmicos y extraer conclusiones fiables, el equipo compara los datos de Mars Express con los obtenidos por medidores terrestres. El resultado podemos verlo en la Figura 2: la tendencia en ambos sitios es la misma a largo plazo (14 años), con la cantidad de rayos cósmicos variando de forma aproximadamente periódica con mínimos y máximos a lo largo del periodo estudiado. El hecho de que el comportamiento sea muy similar permite afirmar que el método es válido para estudiar los rayos cósmicos. Los datos obtenidos simultáneamente por Rosetta también siguen la misma tendencia, pese a estar en otro punto del Sistema Solar.

Dos curvas, verde y roja, de forma similar, pero desplazadas entre sí en el eje vertical. Ambas empiezan en el año 2005 con un mínimo y ascienden hasta tener un máximo en torno a 2009. A continuación descienden hasta un mínimo en 2014 y crecen hasta el final del gráfico en 2018.
Figura 2: Cantidad de rayos cósmicos en función del tiempo, detectados por Mars Express (rojo) y por detectores terrestres (verde). La línea sólida más gruesa indica la tendencia de cada serie de datos. Crédito: Figura 2A del artículo original (Knutsen et al 2021).

Una vez verificado el método, el equipo compara la tendencia observada con el número de manchas solares que había en cada momento en el Sol, lo que es un buen indicativo de la actividad solar: cuantas más manchas, más actividad solar. El resultado encaja con lo que se había estudiado hasta la fecha mediante otros métodos: cuantas más manchas, menos rayos cósmicos; y viceversa (Figura 3). Es decir, la actividad solar está “anti-correlacionada” con la cantidad de rayos cósmicos en el Sistema Solar. Esto sería debido a que cuanto mayor sea la actividad solar (más manchas), menos rayos cósmicos pueden “entrar” al Sistema Solar, y viceversa. Así, el Sol actuaría como agente “protector” cuanto más activo está. Curiosamente, el cambio en la cantidad de rayos detectados lleva un “retraso” respecto a los cambios de actividad solar, de aproximadamente 5 meses. ¡Y nadie sabe muy bien por qué!

Dos curvas, una amarilla y una de tonos rojizos, muestran tendencias opuestas. Ambas empiezan en el año 2005 y evolucionan hasta 2009, donde muestran un mínimo y un máximo respectivamente. Siguen evolucionando hasta 2014, donde se invierten los extremos (amarilla en máximo y roja en mínimo), y acaban en 2021 invirtiendo de nuevo los extremos (amarilla en mínimo, roja en máximo).
Figura 3: Número de manchas solares en el periodo 2005-2021 (línea amarilla), superpuesta a la cantidad de rayos cósmicos detectados por Mars Express (línea de tonos rojizos). La segunda serie va oscureciendo de color a medida que transcurre el tiempo, indicando distintas fases del ciclo solar. Crédito: Figura 4A del artículo original (Knutsen et al 2021).

Variación con la distancia al Sol

Pero aún se le puede sacar más jugo a los datos. Gracias a que Mars Express y Rosetta se encontraban en lugares distintos del Sistema Solar, y a su parecido diseño, el equipo puede estudiar la distribución de rayos cósmicos a distintas distancias del Sol simplemente comparando los datos simultáneos. Y encuentra que la cantidad de rayos cósmicos aumenta aproximadamente un 5% por cada Unidad Astronómica que te alejas del Sol. Es decir, la cantidad de rayos cósmicos en el Sistema Solar depende no sólo del momento del ciclo solar, sino también de lo lejos que estés del Sol. Ambos resultados habían sido sugeridos por anteriores estudios utilizando diversas técnicas, así que el artículo apoya las tendencias conocidas sobre la distribución de esta radiación en el Sistema Solar.

La importancia del nacimiento del nuevo método

Si bien los resultados de esta investigación no son sorprendentes, sí que resulta muy interesante la demostración de que es posible utilizar contadores EDAC para estudiar y caracterizar los rayos cósmicos en el Sistema Solar. Y dado que estos contadores suelen ir siempre en todas las sondas espaciales, independientemente de su misión, el método abre la puerta a realizar estudios más completos utilizando datos de misiones pasadas, presentes y futuras. Así que, queridas agencias espaciales… ¡¡ni se les ocurra tirar esos datos!!

Acerca de Guayente Panizo

Nací y crecí en la isla de Lanzarote (Canarias, España), y tras completar mis estudios de Física y Astrofísica me embarqué en la aventura del doctorado en el Instituto de Astrofísica de Canarias. Haciendo mi Trabajo Final de Grado conocí las estrellas binarias y fue un flechazo, así que ahora dedico mi tesis a investigar binarias de rayos X poco masivas, principalmente analizando espectros ópticos. Me gusta leer (especialmente ciencia ficción), jugar a rugby y la divulgación.

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