Red Climática Mundial

Universo - 28/3/16 20:59  El número de partículas de rayos cósmicos que llegan a la Tierra varía a lo largo del tiempo. La actividad solar también varía dramáticamente en el curso de un ciclo de 11 años.. yendo de un máximo solar a un mínimo solar. Actualmente nos encontramos en un ciclo máximo solar que comenzó en el 2008 y tendría que finalizar en el 2019 para posteriormente entrar a un mínimo solar en que las regiones activas en el sol prácticamente desaparecen. Pero el sol no se rige por lo que los humanos prevemos. Los ciclos son variables, es decir pueden no ser exactamente de 11 años. En un anterior post les explique que al parecer "El sol está fallando"...por así expresarlo.

Extrañamente, el peligro de rayos cósmicos es menor cuando el Sol está más activo y produce destellos solares y otras dramáticas "tormentas del estado del tiempo espacial". La actividad del Sol hace que la heliosfera, la extensa región en el espacio dominada por el campo magnético del Sol, se extienda aún más. La heliosfera actúa como otra capa de protección magnética contra rayos cósmicos galácticos y extragalácticos; de manera que cuando el Sol está activo, este campo protector se amplía y pocos rayos cósmicos externos llegan hasta la Tierra. Cuando el Sol está activo, estamos expuestos a dosis más grandes de rayos cósmicos solares; sin embargo, recibimos menores dosis de energía elevada, y por tanto de los más peligrosos rayos cósmicos galácticos y extragalácticos. El efecto neto es menos peligro total a la exposición de radiación. ¡Es por esta razón que cuando los humanos se aventuren más allá de nuestro planeta en misiones hacia Marte y otros viajes interplanetarios, los realizarán cuando el Sol se encuentra en su fase más activa!

Radiación cósmica

Simulación del impacto de una partícula de 1 TeV (1012 eV) proveniente del espacio exterior, y de la radiación cósmica consecuente, sobre Chicago.

Los rayos cósmicos, también llamados radiación cósmica, son partículas subatómicas procedentes del espacio exterior cuya energía, debido a su gran velocidad, es muy elevada: cercana a la velocidad de la luz. Se descubrieron cuando se comprobó que la conductividad eléctrica de la atmósfera terrestre se debe a ionización causada por radiaciones de alta energía.

La teoría de la relatividad de Einstein permitió entender que la masa de una partícula puede trasformarse en otra forma de energía, por ejemplo radiación electromagnética, y viceversa, respetado la celebre fórmula E=m.c2, donde c es la velocidad de la luz en el vacío (aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo, la mayor velocidad posible). Por ejemplo, la masa de u protón en reposo equivale a una energía de 109 eV (mil millones de electrón-voltios). La energía total de una partícula, debida tanto a su masa como a su movimiento, esta dada por la velocidad de la partícula. Si el rayo cósmico de mayor energía que se ha observado es un protón, debe estar moviéndose al 99,999999999999999999999% de la velocidad de la luz, o sea casi a la velocidad de la luz.

En 1911, Victor Franz Hess, físico austríaco, demostró que la ionización atmosférica aumenta proporcionalmente a la altitud. Concluyó que la radiación debía proceder del espacio exterior.

El descubrimiento de que la intensidad de radiación depende de la altitud indica que las partículas integrantes de la radiación están eléctricamente cargadas y que las desvía el campo magnético terrestre.

Ernest Rutherford y sus colaboradores, contraria y anteriormente a las experiencias de Hess, supusieron que la ionización observada por el espectroscopio se debía a la radiactividad terrestre, ya que, medidas realizadas en 1910 en la base y la cúspide de la Torre Eiffel, así lo detectaban.

Robert Andrews Millikan acuñó la expresión rayos cósmicos tras sus propias mediciones que concluyeron en que, efectivamente, eran de origen muy lejano, incluso exterior al Sistema Solar.

Origen de los rayos cósmicos

La heliosfera actúa como otra capa de protección magnética contra rayos cósmicos galácticos y extragalácticos; de manera que cuando el Sol está activo, este campo protector se amplía y pocos rayos cósmicos externos llegan hasta la Tierra. Cuando el sol entra a un mínimo solar, la tierra y los demás planetas que componen nuestro sistema solar está más expuesta al bombardeo de rayos cósmicos.

Aún no está claro el origen de los rayos cósmicos. Se sabe que, en los períodos en que se emiten grandes erupciones solares, el Sol emite rayos cósmicos de baja energía, pero estos fenómenos estelares no son frecuentes. Por lo tanto, no son motivo de explicación del origen de esta radiación. Tampoco lo son las erupciones de otras estrellas semejantes al Sol. Las grandes explosiones de supernovas son, al menos, responsables de la aceleración inicial de gran parte de los rayos cósmicos, ya que los restos de dichas explosiones son potentes fuentes de radio, que implican presencia de electrones de alta energía.

En 2007, un grupo de científicos argentinos del Observatorio Pierre Auger realizó un espectacular descubrimiento que inauguró una nueva rama de la astronomía. Este grupo encontró evidencias de que la mayor parte de las partículas de rayos cósmicos proviene de una constelación cercana: Centaurus. Esta constelación contiene una galaxia de núcleo activo, cuyo núcleo se debe a existencia de un agujero negro (probablemente supermasivo), al caer la materia a la ergosfera del agujero negro y rotar velozmente.

Las lluvias o cascadas de partículas subatómicas se originan por acción de rayos cósmicos primarios, cuya energía puede ser superior a 10²⁰ eV (electronvoltios): cien millones de veces superior a la que se puede impartir a una partícula subatómica en los más potentes aceleradores de partículas. Cuando un rayo cósmico de alta energía llega a la atmósfera terrestre interactúa con átomos de ésta, choca contra los gases y libera electrones. Este proceso excita los átomos y genera nuevas partículas. Éstas, a su vez, colisionan contra otras y provocan una serie de reacciones nucleares, que originan nuevas partículas que repiten el proceso en cascada. Así, puede formarse una cascada de más de 10¹¹ nuevas partículas. Los corpúsculos integrantes de las cascadas se pueden medir con distintos tipos de detectores de partículas, generalmente basados en la ionización de la materia o en el efecto Cherenkov.

A enormes velocidades, centrífugamente, se fuga parte de esa materia, constituida por protones y neutrones. Al alcanzar la Tierra (u otros planetas con atmósferas suficientemente densas) sólo llegan los protones, los cuales, tras chocar contra las capas superiores atmosféricas, caen en cascadas de rayos cósmicos. El descubrimiento observado en Centaurus parece ser extrapolable a todas las galaxias de núcleos activados por agujeros negros.

También se cree que, como resultado de las ondas de choque procedentes de las supernovas que se propagan hasta el espacio interestelar, en éste se genera aceleración adicional. No existen pruebas directas de que las supernovas contribuyan de manera significativa a los rayos cósmicos. Sin embargo, se sugiere que las estrellas binarias de rayos X pueden ser fuentes de rayos cósmicos. En esos sistemas, una estrella normal cede masa a su complementaria, a una estrella de neutrones o bien a un agujero negro.

Los estudios radioastronómicos de otras galaxias muestran que éstas también contienen electrones de alta energía. Los centros de algunas galaxias emiten ondas de radio de mucha mayor intensidad que la Vía Láctea. Esto indica que contienen fuentes de partículas de alta energía.

Todos los que vivimos en la Tierra estamos protegidos por la atmósfera y por el campo magnético de nuestro planeta (magnetosféra), el cual también proporciona cierta protección a los astronautas que orbitan cerca de la tierra, como en la Estación Espacial Internacional ... Las misiones lunares son lo bastante cortas como para mantener bajo el riesgo de radiación, y la propia Luna bloquea casi la mitad de las partículas que inciden sobre ella ... Las tripulaciones de largos viajes, más allá de lo órbita cercana a la Tierra no tendrían tal protección ...

Debido a sus altas energías, los rayos cósmicos pueden ser peligrosos tanto para los seres vivos, como para los mecanismos (especialmente los que dependen de la electrónica). Afortunadamente, la Tierra nos protege contra la mayoría de los rayos cósmicos. Debido a que son eléctricamente cagados, los rayos cósmicos interactúan con el campo magnético de la Tierra. El magnetismo de la Tierra desvía muchos rayos cósmicos, y dirige la mayor parte del resto hacia las regiones polares poco pobladas de nuestro planeta. La mayoría de las partículas que atraviesan el escudo magnético de la Tierra choca contra los gases en nuestra atmósfera. Esto es bueno y malo para nosotros que estamos sobre la superficie del planeta. 

Cuando los rayos cósmicos chocan con los gases atmosféricos, los choques generan nuevas y diversas partículas. En general, estos choques disminuyen la energía de las partículas, produciendo un número mayor de partículas menos enérgicas. Un sólo rayo cósmico de gran energía puede producir una lluvia de millares o millones de partículas secundarias, a medida que las partículas secundarias producidas por choques interacciona con otros átomos y moléculas del gas, produciendo más partículas, y así sucesivamente. Aunque esta ducha o lluvia de partículas (tecnicamente conocida como "fragmentación") generalmente produce partículas con energía más baja, y por ende menos mortales, algunas de los subproductos secundarios son realmente mucho más dañinos para los seres vivos.

¿Cuán peligrosa es la radiación de rayos cósmicos? Normalmente los humanos se ven expuestos a unos 2.3 milisieverts (una medida de dosificación de la radiación, abreviado mSv ) de radiación por año. Cerca de 0.2 mSv de esta dosis, o un 9%, se debe a los rayos cósmicos. Es decir, si permaneces en la Tierra, normalmente debes temerle poco a los rayos cósmicos. Sin embargo, si decides viajar al espacio, y especialmente si vas más allá de la burbuja protectora de la magnetosfera de la Tierra, los rayos cósmicos podrían convertirse en un importante problema. 

Los científicos estiman que seres humanos sin blindaje en espacio interplanetario podrían recibir de 400 a 900 mSv de radiación por año, sobre todo de rayos cósmicos. Astronautas en una larga misión de 30 meses hacia Marte, podrían verse expuestos a 1.000 mSv o más de radiación. Esto es comparable al límite recomendado de 1 a 4 Sievertos (1 000 a 4 000 mSv) de exposición de radiación para astronautas en órbitas terrestres bajas. Debido a que los rayos cósmicos tienen tales altas energías, estos pueden penetrar profundamente en tejido fino y causar daño extenso al ADN celular, produciendo cáncer y enfermedades similares. RCA