Los científicos de la NASA que estudian la radiación a gran altitud publicaron recientemente nuevos resultados sobre los efectos de la radiación cósmica en nuestra atmósfera. Su investigación ayudará a mejorar el monitoreo de radiación en tiempo real para la tripulación de la industria de la aviación y los pasajeros que trabajan en entornos de radiación potencialmente más alta.

Imagina que estás sentado en un avión. Cruzando la estratosfera a 36, 000 pies, estás muy por encima de las nubes y los pájaros, y de hecho, gran parte del ambiente. Pero, a pesar de su apariencia, esta región está lejos de estar vacía.

Justo encima de ti partículas de alta energía, llamados rayos cósmicos, están haciendo zoom desde el espacio exterior. Estas veloces partículas chocan violentamente contra las moléculas de la atmósfera, provocando una reacción en cadena de desintegración de partículas. Si bien estamos en gran parte protegidos de esta radiación en el suelo, en la fina atmósfera de la estratosfera, estas partículas pueden afectar tanto a los seres humanos como a la electrónica.

Lanzado en septiembre de 2015 cerca de Fort Sumner, Nuevo Mexico, Experimento de dosimetría de radiación de la NASA, o RaD-X, usó un globo gigante lleno de helio para enviar instrumentos a la estratosfera para medir la radiación cósmica proveniente del sol y el espacio interestelar. Los resultados, presentado en un número especial de la Diario de clima espacial , mostrar algunas de las primeras mediciones de este tipo en altitudes de 26, 000 a más de 120, 000 pies sobre la Tierra.

"Las medidas, por primera vez, fueron tomadas a siete altitudes diferentes, donde la física de la dosimetría es muy diferente, "dijo Chris Mertens, investigador principal de la misión RaD-X en el Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia. "Al tener las mediciones en estas siete altitudes, realmente podemos probar qué tan bien nuestros modelos capturan la física de la radiación cósmica".

La radiación cósmica es causada por partículas de alta energía que caen continuamente desde el espacio. La mayoría de estas partículas energéticas provienen de fuera del sistema solar, aunque el sol es una fuente importante durante las tormentas solares.

Magnetosfera de la Tierra, que actúa como un escudo magnético gigante, bloquea la mayor parte de la radiación para que no llegue al planeta. Partículas con suficiente energía, sin embargo, puede penetrar tanto en la magnetosfera como en la atmósfera de la Tierra, donde chocan con moléculas de nitrógeno y oxígeno. Estas colisiones hacen que las partículas de alta energía se descompongan en diferentes partículas a través de procesos conocidos como cascadas nucleónicas y electromagnéticas.

Si pudieras ver las partículas desde la ventana del avión, los notaría agrupados en una región por encima del plano. La densidad de la atmósfera hace que la descomposición ocurra predominantemente a una altura de 60, 000 pies, que crea una capa concentrada de partículas de radiación conocida como el máximo de Pfotzer.

La radiación en la atmósfera se puede medir de dos maneras:por la cantidad presente o por cuánto puede dañar el tejido biológico. Este último se conoce como dosis equivalente y es el estándar para cuantificar los riesgos para la salud. Esta cantidad es notoriamente difícil de medir, ya que requiere conocer tanto el tipo como la energía de la partícula que depositó la radiación, no simplemente cuántas partículas hay.

Estas partículas, tanto las partículas primarias de alta energía como las partículas secundarias de desintegración, puede tener efectos adversos para la salud de los seres humanos. La radiación cósmica descompone el ADN y produce radicales libres, que puede alterar las funciones celulares.

La misión RaD-X tomó mediciones a gran altitud, pocos de los cuales existían anteriormente, para comprender mejor cómo se mueve la radiación cósmica a través de la atmósfera de la Tierra. Medición de la tasa de dosis equivalente en un rango de altitudes. encontraron un aumento constante en la tasa más alta en la atmósfera, un hallazgo aparentemente contrario a la concentración de partículas en el máximo de Pfotzer. Esto puede explicarse por la compleja interacción de partículas primarias y secundarias en estas altitudes, ya que las partículas primarias que se encuentran más arriba tienen un efecto mucho más dañino en el tejido que las partículas secundarias.

Debido al tiempo que pasaron en la atmósfera superior de la Tierra, Las tripulaciones aéreas de la industria de la aviación están expuestas a casi el doble de niveles de radiación que las personas en tierra. La exposición a la radiación cósmica también es una preocupación para la tripulación a bordo de la Estación Espacial Internacional y los futuros astronautas que viajen a Marte. que tiene un entorno de radiación similar a la atmósfera superior de la Tierra. Aprender a proteger a los seres humanos de la exposición a la radiación es un paso clave en la exploración espacial futura.

Los resultados de RaD-X se utilizarán para mejorar los modelos meteorológicos espaciales, como el Nowcast de radiación ionizante atmosférica para la seguridad de la aviación, o NAIRAS, modelo, que predice eventos de radiación. Los pilotos comerciales utilizan estas predicciones para saber cuándo y dónde los niveles de radiación son peligrosos. permitiendo el cambio de ruta de las aeronaves en la región afectada cuando sea necesario.

Si bien los vuelos en globo como RaD-X son esenciales para modelar el entorno de radiación, no pueden proporcionar monitoreo de radiación en tiempo real, que NAIRAS requiere para la previsión. El programa de Mediciones de Radiación Automatizadas para la Seguridad Aeroespacial de la NASA trabaja en conjunto con RaD-X para desarrollar y probar instrumentos que pueden volar a bordo de aviones comerciales para monitoreo en tiempo real a grandes altitudes.

En la actualidad, un instrumento llamado TEPC, abreviatura de contador proporcional equivalente de tejido, es el instrumento estándar para medir la radiación cósmica. Este instrumento es grande, caro y no puede construirse comercialmente, lo que lo hace menos que ideal para la distribución a gran escala.

"Necesitamos pequeños, compacto, Instrumentos de estado sólido calibrados contra el TEPC que pueden medir de manera confiable las dosis equivalentes y pueden integrarse en aviones de forma económica y compacta. "Dijo Mertens.

La misión de vuelo probó dos nuevos instrumentos, el detector RaySure y el detector TID Teledyne, con la esperanza de que puedan instalarse en aviones comerciales en el futuro. Estos nuevos instrumentos ofrecen la ventaja de ser compactos y fáciles de fabricar. Durante las pruebas de la misión RaD-X, Ambos instrumentos resultaron ser candidatos prometedores para el futuro en tiempo real, seguimiento in situ.