Una nueva forma de crear los cinturones de radiación de Saturno

Este gráfico muestra el cinturón de radiación alrededor del planeta Saturno. Un equipo de científicos ha descubierto un nuevo método para crear esto. Crédito: Emma Woodfield, British Antarctic Survey

Un equipo de científicos internacionales de BAS, la Universidad de Iowa y el Centro Alemán de Investigación en Geociencias GFZ descubrió un nuevo método para explicar cómo se forman los cinturones de radiación alrededor del planeta Saturno. 

Alrededor de Saturno y otros planetas, incluida la Tierra, las partículas cargadas de energía están atrapadas en el campo magnético. Aquí forman zonas en forma de rosquilla cerca del planeta, conocidas como cinturones de radiación, como los cinturones de Van Allen alrededor de la Tierra, donde los electrones viajan cerca de la velocidad de la luz. 

Los datos recopilados por la nave espacial Cassini de la NASA, que orbitó Saturno durante 13 años, combinados con un modelo de computadora BAS, han brindado nuevos conocimientos sobre el comportamiento de estos electrones de rápido movimiento. El descubrimiento anula la visión aceptada entre los científicos espaciales sobre los mecanismos responsables de acelerar los electrones a tales energías extremas en los cinturones de radiación de Saturno. Los resultados del equipo se publican en la revista Nature Communications (jueves 29 de noviembre). 

Siempre se ha asumido que alrededor de Saturno, los electrones se aceleran a energías extremadamente altas mediante un proceso llamado difusión radial, donde los electrones son empujados repetidamente hacia el planeta, aumentando su energía. Una forma alternativa de acelerar los electrones es su interacción con las ondas de plasma, como sucede alrededor de la Tierra y Júpiter con las ondas del Coro. Alrededor de Saturno, las ondas del Coro han sido consideradas inefectivas; sin embargo, los autores descubrieron que en el entorno único de Saturno, es otra forma de onda de plasma llamada onda de modo Z que es crítica. 

Según la autora principal, la Dra. Emma Woodfield de British Antarctic Survey: "Esta investigación es realmente emocionante porque siempre se ha asumido que los electrones de alta energía en el cinturón de radiación alrededor de Saturno provienen de la difusión radial. Hemos identificado una forma diferente de crear un cinturón de radiación que nadie conocía antes. Este estudio nos proporciona una mejor comprensión de cómo funcionan los cinturones de radiación en todo el sistema solar y ayudará a los modelistas a pronosticar el clima espacial con mayor precisión en la Tierra, que a su vez protegerá a los astronautas y satélites de riesgos de radiación". 

La Dra. Emma Woodfield continúa: 

"Saturno nos dio la oportunidad de abundantes ondas en modo Z, para probar realmente lo que estas ondas pueden hacer a los electrones a gran escala. Algunas personas piensan que los planetas son solo fragmentos fríos de roca que viajan a través del espacio vacío, pero la forma en que cada planeta inteactua con las partículas en el espacio son complejas, únicas y exquisitas, y estudiarlas puede informarnos sobre nuestro propio planeta y los raros eventos extremos que ocasionalmente ocurren". 

El profesor Yuri Shprits del Centro Alemán de Investigación en Geociencias GFZ dice: "Creo que es muy importante comprender los entornos de radiación extrema de los planetas exteriores. Estos estudios nos brindan una oportunidad única para evaluar los extremos potenciales del clima espacial terrestre y entender qué Las condiciones meteorológicas espaciales puede haber alrededor de planetas más allá de nuestro sistema solar (exoplanetas)". 

El equipo concluye que la aceleración de electrones mediante ondas en modo Z es más rápida para energizar electrones en el cinturón de radiación de Saturno que la difusión radial y ambos mecanismos trabajarán juntos para mantener el cinturón de radiación en Saturno. 

La formación de cinturones de radiación de electrones en Saturno mediante la aceleración de onda en modo Z por EE Woodfield, RBHorne, SA Glauert, JD Menietti, YY Shprits y WS Kurth se publica en Nature Communications aquí. 

Cinturones de radiación Van Allen 

Los cinturones de radiación de Van Allen fueron detectados por el primer satélite estadounidense Explorer I, que se lanzó durante el Año Geofísico Internacional de 1957-58. Están compuestas de partículas energéticas cargadas atrapadas dentro del campo magnético de la Tierra, que rodea a la Tierra como un anillo donut. Los electrones energéticos en los cinturones de radiación Van Allen de la Tierra ocupan dos regiones distintas. 

Cinturones de radiación del sistema solar: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno tienen fuertes campos magnéticos y cinturones de radiación. Se cree que el mercurio puede tener cinturones de radiación transitorios. 

Difusión radial: muchos pequeños empujones que empujan a los electrones hacia o lejos del planeta, el movimiento hacia el planeta produce un aumento en la energía de los electrones. 

Interacción onda-partícula: la forma en que la energía se transfiere hacia o desde una onda de plasma a una partícula cargada (por ejemplo, un electrón) 

Chorus: ondas de chorus en modo Whistler: un tipo de onda de plasma en un plasma magnetizado, estas ondas de radio se convierten para que suenen como el coro del amanecer. 

Ondas en modo Z: un tipo de onda de plasma presente en un plasma magnetizado, llamado así por la forma que se observa en las observaciones de esta onda desde instrumentos en el suelo en la Tierra: forma de "Z". 

Más información: EE Woodfield et al. Formación de cinturones de radiación de electrones en Saturno por aceleración de onda en modo Z, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038 / s41467-018-07549-4

Fuente: British Antarctic Survey