RAYOS CÓSMICOS VS VIENTO SOLAR

RAYOS CÓSMICOS VS VIENTO SOLAR

Los rayos cósmicos son partículas subatómicas masivas de alta energía que llegan a la tierra con energías de  (hasta 3×10 20 eV) en general procedentes de fuera del Sistema Solar, en su mayoría p y ⍺. No hay que confundirlos con los rayos X o rayos gamma (ɣ): fotones. Su flujo es muy reducido (menos de 1 rayo cósmico por kilómetro cuadrado y por siglo) y son detectados a través de la cascada de partículas que se produce tras el impacto del rayo cósmico con uno de los átomos de la atmósfera.

Se conoce como "rayos cósmicos'' a las partículas ionizantes provenientes del espacio exterior. El bautismo de esta radiación fue realizado por Robert Millikian en 1925, en una conferencia en la que describía los experimentos realizados 14 años antes por el físico austríaco Victor Hess. En esos experimentos, realizados a bordo de un globo, Hess notó que los electroscopios que llevaba consigo se descargaban a una tasa que aumentaba con la altura, indicando la existencia de una radiación ionizante que no era de origen terrestre, sino "cósmico''. Si bien hoy en día referirse a partículas como ''rayos" es considerado poco riguroso, continúa usándose la vieja denominación por costumbre histórica.  Recordemos que una cosa es decir rayos que se refiere a la propagación ondulatoria y no a la propagación corpuscular de la radiación, aunque la misma radiación son ensembles de partículas llamadas fotones.

Con el descubrimiento y posterior estudio de los rayos X (1895), los rayos delta (1897), los rayos alfa y beta (1899), y los rayos gamma (1903), el término "rayos" estaba muy presente en el vocabulario académico de principios del siglo XX.  

Con el paso del tiempo las mejoras en las técnicas experimentales permitieron ampliar constantemente el rango de energías en el que los rayos cósmicos podían estudiarse. Tras la aparición de la técnica de emulsión nuclear, los rayos cósmicos comenzaron a ser utilizados para el estudio de colisiones nucleares. Esto permitió el descubrimiento de nuevas partículas fundamentales, como los positrones, los muones y los piones, sentando las bases de la física de partículas. Los experimentos en placas de emulsión nuclear permitieron también establecer que los rayos cósmicos son mayoritariamente núcleos de átomos que van del hidrógeno al hierro.

En 1938, P. Auger y sus colaboradores descubrieron la existencia de las cascadas extendidas de partículas a nivel del suelo utilizando la detección simultánea en centelladores separados por una distancia de 300 m, marcando el nacimiento de la técnica de detección de superficie. A partir de los datos que recogieron hipotetizaron que estas cascadas debían estar iniciadas por rayos cósmicos con energías superiores a 1015 eV. En 1963, Linsley detectó por primera vez una cascada de partículas generada por un rayo cósmico con energía por encima de los 10220 eV, utilizando el arreglo de detectores de superficie ubicado en Volcano Ranch y en 1968 Tanahashi detectó una cascada de 1019 eV utilizando un nuevo método: la fluorescencia producida por los átomos de Nitrógeno ionizados durante el pasaje de la cascada de partículas en la atmósfera. Estos dos métodos, el de superficie y el de fluorescencia, son la base del funcionamiento del Observatorio Pierre Auger, donde se utilizan versiones sofisticadas de ambas técnicas en simultáneo.

VIENTO SOLAR

El Sol, con ser la estrella más importante para nosotros, no es más que una de los miles de millones que existen en el Universo. Como todas las estrellas comunes, el Sol es un gigantesco horno nuclear en donde se fabrican núcleos de elementos pesados a partir de otros más ligeros. Actualmente en el interior solar la síntesis nuclear más importante es la que produce helio a partir de hidrógeno; de hecho, el 92% del Sol es todavía hidrógeno, casi un 8% helio y sólo un 0.1% elementos más pesados. Aun cuando no podemos ver el interior del Sol, existe una teoría generalmente aceptada de cómo está constituido y cuáles son los procesos que transportan la energía generada por las reacciones nucleares en su interior hasta su atmósfera. 

La primera indicación de que el Sol emitía este "viento" hacia el espacio interplanetario provino de la observación de las colas de los cometas, al notarse que siempre apuntan en dirección contraria al Sol en sus órbitas, tanto si se aproximan como si se alejan de él. A consecuencia de esta evidencia, en 1943 los alemanes Cuno Hoffmeister y luego Ludwig Biermann, propusieron que, además de luz, el Sol emite un flujo constante de partículas, una radiación corpuscular solar. Este viento despoja a nuestro Sol de un centésimo de billonésima de su masa cada año y aun así pierde miles de millones de toneladas de masa cada segundo. 

En 1958 Eugene Parker -de la Universidad de Chicago- dedujo, a partir de observaciones de la temperatura de la corona solar, que la atracción gravitacional del Sol no era capaz de retener el gas de su superficie. Parker sugirió entonces que las capas superiores de la corona eran expulsadas. A este flujo le llamó "viento solar" y su existencia fue confirmada por la sonda soviética Lunik III (Luna 3) en el año de 1959. El viento solar es un flujo continuo que viaja a una velocidad media de 400 km/s, extendiéndose mucho más allá de los planetas exteriores, al menos a unas 100 U.A. 

Una de las características más asombrosas del viento solar es la influencia que ejerce, no obstante ser un gas extraordinariamente tenue: entre 10 partículas por metro cúbico a la altura de la órbita terrestre, que equivale a menos de una billonésima de la densidad de la atmósfera terrestre. Esta peculiaridad se debe a que es un gas altamente ionizado, esto es, un plasma. El viento solar consiste principalmente de protones y electrones libres pero, a diferencia de un gas neutro que es insensible a la presencia de campos magnéticos y eléctricos, aquél no solo resulta afectado por la presencia de estos campos, sino que además es capaz de modificarlos. La alteración mayor o menor de un campo eléctrico o magnético por el flujo de a través de él, depende del grado de ionización en que éste se encuentre: una alta ionización implica una conductividad eléctrica alta y viceversa. El viento solar, por estar formado casi exclusivamente de protones y electrones, tiene una conductividad eléctrica altísima. El Sol es la única fuente conocida de rayos cósmicos, aunque sólo puede asociarse a aquellos con energías por debajo de 109.5 eV. Por encima de esta energía, los rayos cósmicos ya no presentan una variación noche/día, de manera que su origen debe ser necesariamente extra-solar. Los campos magnéticos desvían la trayectoria de los rayos cósmicos. El radio de curvatura para un protón de 1018 eV en el campo magnético de la galaxia es del orden del ancho de la misma (1 kpc). Esto implica que por debajo de esa energía las partículas quedan confinadas en el disco de la galaxia, viajando eternamente dentro de ella hasta encontrar una molécula con la que interactuar. Es por esto que se cree que la gran mayoría de los rayos cósmicos por debajo de 1018 eV recibidos en la Tierra deben tener origen galáctico, probablemente producidos por supernovas u otros objetos aún más energéticos capaces de acelerar partículas hasta estas energías, o como producto del decaimiento de partículas exóticas aún desconocidas. Las partículas con energía mayor a 1018 eV tienen un radio de curvatura mayor al espesor del disco galáctico y escapan del mismo, por lo que tendrán una probabilidad baja de llegar a nuestro planeta y ser detectadas. Los rayos cósmicos de energía extrema detectados en la Tierra deben entonces tener, al menos en su gran mayoría, un origen extra-galáctico. A energías extremas, el origen de los rayos cósmicos es desconocido y sólo puede hipotetizarse. Los modelos que intentan explicar la generación de partículas de energía extrema pueden dividirse en dos categorías. La primera, denominada modelos exóticos o top-down (de arriba hacia abajo), plantea escenarios muy especulativos que implican fenómenos físicos aún desconocidos. La segunda, denominados modelos astrofísicos o bottom-up (de abajo hacia arriba), plantea escenarios en donde las partículas son aceleradas por algún objeto astrofísico más o menos conocido.




REFERENCIAS.

1. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/108/htm/sec_10.htm
2. http://www.cienciorama.unam.mx/a/pdf/51_cienciorama.pdf
3. https://stereo.gsfc.nasa.gov/spaceweather/SWpost_SP.pdf
4. http://repositorio.cedia.org.ec/bitstream/123456789/959/5/dasso_curso_lago_ecuador14_1.pdf
5. https://fisipedia.files.wordpress.com/2012/09/la-corona-y-el-viento-solar.pdf
6. http://tux.iar.unlp.edu.ar/boletin/bol-jun14/Rayos%20Cosmicos%20de%20Energ%C3%ADa%20Extrema.pdf
7.