Los cinturones de radiación de la Tierra y Saturno difieren más de lo que se suponía anteriormente. En estos cinturones partículas muy energéticas, como electrones y protones, moverse alrededor del planeta a altas velocidades, capturado por su campo magnético. En el caso de la Tierra, el viento solar, una corriente de partículas cargadas del Sol que varían en fuerza, controla la intensidad del cinturón de radiación tanto directa como indirectamente. Los cinturones de radiación de Saturno, sin embargo, se desarrollan de forma completamente independiente del viento solar y, en cambio, están influidos decisivamente por las lunas del gigante gaseoso. Estos resultados fueron publicados hoy en la revista Nature Astronomy por un grupo de investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS) en Alemania, codirigiendo 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 sumergirse 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 duración 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 el Dr. Elias Roussos del MPS. Afortunadamente, la misión se amplió 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 las proximidades de Saturno durante un período de tiempo que incluye un ciclo solar completo. "Estos extensos datos in situ sobre los cinturones de radiación de un planeta solo están disponibles para la Tierra, "dice el Dr. Norbert Krupp, investigador de MPS, que dirige el equipo MIMI-LEMMS.

Como muestran los datos de Cassini, Los cinturones de radiación de protones de Saturno son gigantes:llegan desde el anillo más interno del planeta hasta la órbita de la luna Tetis, y por lo tanto más de 285, 000 kilómetros en el espacio. Una diferencia decisiva con la Tierra:mientras que nuestra luna se encuentra mucho 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 grandes lunas Janus, Mimas, y Encelado. "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 adentro desde su lugar de origen se absorbe y, por lo tanto, se detiene cuando interactúa con una 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 los Rayos Cósmicos Galácticos alcanzan la atmósfera del planeta, pone en marcha una cadena de reacciones, al final del cual se crean electrones y protones de alta energía. Dado que el viento solar protege parcialmente y, por lo tanto, 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 ".

Sin embargo, al principio todo indicaba que el viento solar todavía ayuda a dar forma a los cinturones de radiación, aunque sólo sea indirectamente:los primeros años de la misión Cassini coincidieron con una disminución de la actividad del Sol; la intensidad de los cinturones de radiación aumentó como se esperaba. En el período de 2010 a 2012, sin embargo, hubo una rápida caída de intensidad 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 tormentas solares, erupciones violentas de partículas y radiación del sol, no podría haber sido responsable. Si bien una y otra vez en la Tierra tales eventos causan una repentina disminución de la intensidad, extensas simulaciones realizadas por los investigadores muestran, que este efecto tampoco puede explicar la disminución de un año presenciada por Cassini.

Bastante, los científicos sospechan que la radiación ultravioleta extrema del Sol puede ser la 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 de los cinturones de radiación se esparcen mucho más eficientemente de lo habitual. En su camino, se encuentran con las lunas de Saturno y son absorbidas:la intensidad de los cinturones de radiación disminuye significativamente. "Observamos que la caída de intensidad en los cinturones de radiación de protones de Saturno coincide exactamente con fuertes cambios en la radiación EUV del Sol, "Roussos describe los nuevos resultados. Por lo tanto, es posible que, si bien el viento solar no tiene ningún impacto en los cinturones de radiación, el sol todavía puede.

"Nuestros análisis también nos recuerdan cuán fuertemente las propiedades de los cinturones de radiación dependen de la estructura del sistema planetario en particular, es decir, la posición y el número de lunas para el caso de Saturno ", dice Roussos. Este conocimiento también podría ser útil para echar un vistazo más allá del borde del sistema solar:si en el futuro se pudieran detectar los cinturones de radiación de un exoplaneta, estos datos también podrían contener indirectamente información sobre las propiedades y la estructura del sistema.