Los campos magnéticos de Saturno no dependen del viento solar

01/11/2017

La clave de los nuevos hallazgos son las mediciones del instrumento MIMI-LEMMS a bordo de la sonda espacial Cassini de la NASA, que exploró el sistema de Saturno durante más de 13 años antes de su inmersión en el planeta el 15 de septiembre de este año.

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Los cinturones de radiación de Saturno se desarrollan de forma completamente independiente del viento solar y, en cambio, están influidos decisivamente por las lunas del gigante gaseoso.

Estos resultados, que difieren fuertemente de lo que ocurre en la Tierra, han sido publicados en la revista 'Nature Astronomy' por un grupo de investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS) en Alemania, que ha coliderado el estudio más completo sobre el tema hasta la fecha.

La clave de los nuevos hallazgos son las mediciones del instrumento MIMI-LEMMS a bordo de la sonda espacial Cassini de la NASA, que exploró el sistema de Saturno durante más de 13 años antes de su inmersión en el planeta el 15 de septiembre de este año.

La actividad del Sol, y con ella la fuerza del viento solar, sigue un ciclo de once años. Por lo tanto, investigar la influencia a largo plazo del viento solar en los cinturones de radiación de un planeta requiere paciencia y misiones espaciales de una longitud considerable.

"Si la misión de Cassini al sistema de Saturno hubiera terminado después de cuatro años, como se planeó inicialmente, nunca hubiéramos podido lograr estos resultados", explica Elias Roussos de MPS. Afortunadamente, la misión se extendió varias veces. El Instrumento de Imágenes Magnetosféricas (MIMI) con su detector de partículas de alta energía (LEMMS) a bordo de la Cassini fue capaz de registrar la distribución de partículas cargadas en la vecindad de Saturno durante un período de tiempo que incluye un ciclo solar completo. "Tales datos in situ extensos sobre los cinturones de radiación de un planeta solo estaban disponibles hasta ahora para la Tierra", dice el investigador del MPS Norbert Krupp, que dirige el equipo MIMI-LEMMS.

Como muestran los datos de Cassini, los cinturones de radiación de protones de Saturno son gigantescos: alcanzan desde el anillo más interno del planeta hasta la órbita de la luna Tethys, más de 285.000 kilómetros en el espacio. Una diferencia decisiva para la Tierra: mientras la luna se encuentra más allá de los límites de la magnetosfera y los cinturones de radiación, los cinturones de radiación de Saturno contienen varios de sus satélites, como las lunas grandes Jano, Mimas y Encélado.

"Las lunas de Saturno influyen decisivamente en los cinturones de radiación", dice Krupp. Actúan como una especie de muro límite en partículas muy energéticas, particularmente protones. Cualquier protón que se difunda más hacia el interior desde su lugar de origen se absorbe y se detiene cuando interactúan con la luna. "Esto crea áreas en el cinturón de radiación que están completamente aisladas entre sí", dice Roussos. A diferencia de Saturno, las partículas que surgen fuera de los cinturones de radiación de la Tierra pueden viajar hacia adentro y reponer su contenido.

En la Tierra, las partículas de alta energía que forman los cinturones de radiación tienen dos orígenes. Algunos son proporcionados directamente por el viento solar. Otros son el resultado de protones incidentes de energía extrema que se originan en nuestra galaxia, llamados Rayos Cósmicos Galácticos. Cuando alcanzan la atmósfera del planeta, pone en movimiento una cadena de reacciones, en cuyo extremo se crean electrones y protones de alta energía. Como el viento solar parcialmente protege y modula esta radiación cósmica, la actividad del Sol también juega un papel decisivo en este proceso.

En el sistema de Saturno, esto es diferente. "En los primeros años de la misión Cassini, observamos que el viento solar podría causar cambios dramáticos en la magnetosfera de Saturno", dice Roussos. "Sin embargo, esta influencia directa se detuvo abruptamente en la órbita de la luna Tetis", añade.

Sin embargo, al principio todo indicaba que el viento solar aún ayuda a dar forma a los cinturones de radiación, aunque sea de forma indirecta: los primeros años de la misión Cassini coincidieron con un declive en la actividad del Sol; la intensidad de los cinturones de radiación aumentó como se esperaba. Sin embargo, en el período comprendido entre 2010 y 2012, hubo una caída de intensidad rápida que no se pudo atribuir a la modulación del viento solar de los rayos cósmicos galácticos, que cambia en escalas de tiempo mucho más largas. Y también las tormentas solares, las violentas erupciones de partículas y la radiación del sol no podrían haber sido responsables.

Si bien una y otra vez en la Tierra tales eventos causan un repentino declive de intensidad, las extensas simulaciones realizadas por los investigadores muestran que este efecto tampoco puede explicar la disminución de un año presenciada por Cassini.

Por el contrario, los científicos sospechan que la radiación ultravioleta extrema del Sol puede ser responsable. Esta radiación puede calentar localmente la atmósfera de un planeta. Los vientos turbulentos resultantes transmiten esta información a la ionosfera que está 'anclada' a la magnetosfera a través del campo magnético del planeta. Como resultado, los protones en los cinturones de radiación se extienden mucho más eficientemente de lo habitual.

En su camino, se encuentran con las lunas de Saturno y se absorben: la intensidad de los cinturones de radiación disminuye de manera significativa. "Observamos que la caída de intensidad en los cinturones de radiación de protones de Saturno coincide exactamente con los fuertes cambios en la radiación ultravioleta extrema del Sol", describe Roussos sobre los nuevos resultados. Por lo tanto, es posible que, si bien el viento solar no tiene ningún impacto sobre los cinturones de radiación, el Sol todavía puede hacerlo.