Esta imagen muestra los cinturones de radiación de protones de Saturno. La radiación en el área entre el planeta y el anillo D se puede ver ampliada en el recuadro y se observó por primera vez en la última fase de la misión Cassini. Es creado por la incidencia de la radiación cósmica galáctica en los anillos del planeta. Los protones generados de esta manera interactúan posteriormente con la atmósfera de Saturno, su fino anillo en D y sus tirabuzones. Crédito:MPS / JHUAPL
Aproximadamente hace un año, una inmersión espectacular en Saturno puso fin a la misión Cassini de la NASA y, con ella, una Expedición de investigación de 13 años al sistema de Saturno. En los últimos cinco meses de la misión, la sonda entró de nuevo en territorio inexplorado:veintidós veces, se sumergió en la región casi inexplorada entre el planeta Saturno y su anillo más interno, el anillo D. El viernes, 5 de octubre de 2018, el periódico Ciencias publica seis artículos que describen los primeros resultados de esta fase de la misión.
En uno de estos papeles, un equipo de investigación dirigido por el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar en Alemania y el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en los Estados Unidos informa sobre los cinturones de radiación de protones únicos formados en las proximidades del planeta. Debido a la presencia de la A densa, B, y anillos C, esta área está casi completamente desacoplada del cinturón de radiación principal y el resto de la magnetosfera, que se extienden más hacia afuera.
Cuando la sonda espacial Cassini entró en su primera órbita alrededor de Saturno y sus anillos el 1 de julio, 2004, el conjunto de detectores de partículas Magnetospheric Imaging Instrument (MIMI), incluido el sistema de medición magnetosférica de baja energía (LEMMS), desarrollado y construido bajo el liderazgo de MPS, captó un breve vistazo de la región entre el planeta y el anillo D más interno. Las mediciones indicaron que puede estar presente una población de partículas cargadas, pero su composición y propiedades exactas permanecieron oscuras. En los próximos años, MIMI-LEMMS investigó las partículas que están atrapadas por el fuerte campo magnético de Saturno fuera de sus anillos, formando su cinturón de radiación principal que consta de protones y electrones de alta energía. El cinturón de radiación de protones se extiende más de 285, 000 kilómetros en el espacio y está fuertemente influenciado por las numerosas lunas de Saturno, que lo segmentan en cinco sectores. "Sólo 13 años después, poco antes del final de la misión, se nos dio la oportunidad de hacer un seguimiento de nuestras primeras mediciones en Saturno y ver si un sector de cinturón de radiación adicional coexiste con el anillo D y la atmósfera superior del planeta, "explica Elias Roussos, científico del Instituto Max Planck de Sistemas Solares, autor principal del estudio actual.
La prueba de paciencia de 13 años ha dado sus frutos. En su corriente Ciencias artículo, los científicos pintan una imagen completa de los protones que rodean a Saturno muy cerca. Dos artículos en la revista Cartas de investigación geofísica elaborar estos hallazgos.
Similar al cinturón de protones principal de Saturno, los protones que pueblan la región cercana al planeta son generados por la radiación cósmica galáctica incidente. Cuando la radiación cósmica interactúa con el material en la atmósfera de Saturno o en sus densos anillos, desencadena una cadena de reacciones que generan protones de alta energía que posteriormente quedan atrapados por el campo magnético del planeta.
El campo magnético de Saturno es más de 10 veces más fuerte cerca del planeta que en los principales cinturones de radiación. Eso hace que la captura sea tan eficiente que los protones pueden permanecer durante años en la misma línea de campo magnético. Eso los obliga a interactuar continuamente con el anillo D y la atmósfera de Saturno y gradualmente pierden toda su energía. Pero con las densidades del tenue anillo D desconocidas, No estaba claro qué tan rápido se desarrolla esta pérdida de energía y si se podría mantener un cinturón de radiación. El modelo teórico indicó que un escenario viable podría ser que MIMI no mida más que ruido.
En su fase final de misión, la sonda Cassini entró en la región entre Saturno y el anillo D a lo largo de la trayectoria naranja. La acumulación de protones observada se extiende a través del anillo D. Mientras que la intensidad del protón se reduce visiblemente en los rizos D68 y D73, el ringlet D72 apenas influye en él. Aunque la propia Cassini no se sumergió en el sistema de anillos en D, LEMMS obtuvo información sobre su estructura a medida que las partículas atrapadas se mueven a lo largo de las líneas del campo magnético (por ejemplo, marcadas en azul) y llegan a la nave espacial después de interactuar con el material del anillo. Crédito:MPS / JHUAPL
Afortunadamente, eso no sucedió, al menos para los protones. Las mediciones del LEMMS revelaron una acumulación estable de protones energéticos que se extiende desde la atmósfera de Saturno y por todo el anillo D. La energía que tienen muchos de estos protones es extrema:más de 10 veces superior a la que LEMMS fue diseñada para medir. "Tuvimos que desenterrar viejos dibujos mecánicos del instrumento y construir nuevos modelos para comprender cómo se mediría en un entorno tan extremo". ", Agrega Roussos.
"Fuera del anillo D, Saturno A, Los anillos B y C son significativamente más densos y polvorientos, formando un efectivo 62, Barrera de 000 kilómetros para atrapar partículas cargadas, "Roussos continúa. Eso significaba que el borde exterior del anillo D estaba tan lejos como podía extenderse este nuevo cinturón de protones, y las mediciones del LEMMS lo confirmaron". Esto crea un cinturón de radiación que está completamente aislado del resto de la magnetosfera, "dice el Dr. Norbert Krupp, científico de MPS, Investigador principal del equipo MIMI-LEMMS y coautor del estudio en Ciencias .
Esta región es única en el sistema solar. Ofrece la posibilidad de examinar un cinturón de radiación en condiciones similares a las de un laboratorio, como sus protones son creados por un proceso muy estable, guiado y controlado por el fuerte campo magnético de Saturno. En el cinturón de radiación principal de Saturno y en los cinturones de radiación de la Tierra y Júpiter, estas condiciones son diferentes y mucho más complicadas. En la tierra por ejemplo, una afluencia variable de partículas de alta energía del sol puede tener una fuerte influencia en la estructura del cinturón de radiación.
Igualmente valiosa es la nueva información que agrega LEMMS sobre el sistema de anillo D, que es demasiado tenue para estudiar solo con imágenes. Este anillo contiene un total de tres rizos estrechos, todo más brillante que el resto del anillo y nombrado como D68, D72 y D73. Mientras que la intensidad de los protones se redujo por los rizos D68 y D73, el anillo D72 que se encuentra entre ellos no parece tener ningún efecto. "Aunque los rizos D72 y D68 son igualmente brillantes, Las mediciones de LEMMS nos muestran que en realidad deben ser muy diferentes, "dice Roussos.
Las mediciones MIMI también revelaron un secundario, cinturón de radiación de protones de baja energía a una altitud por debajo de varios miles de kilómetros. Este cinturón se forma ocasionalmente cuando los átomos de hidrógeno neutros rápidos creados en la magnetosfera de Saturno quedan atrapados cerca del planeta cuando impactan su atmósfera y se cargan. "La presencia de este cinturón de menor altitud muestra que alguna información mínima de la variable de Saturno, La magnetosfera distante se puede transmitir a través de los densos anillos del planeta, ", Añade Krupp.
En los 13 años que el instrumento MIMI / LEMMS pasó en Saturno, llevó a cabo una de las investigaciones más completas de un cinturón de radiación planetario distinto al de la Tierra e incluso ayudó a descubrir anillos desconocidos. Se puede encontrar un resumen de estos y otros descubrimientos en el libro Saturno en el siglo XXI , que es publicado por Cambridge University Press este mes. El Dr. Norbert Krupp del MPS se encuentra entre sus cuatro editores.
