Cuando leo alguna discusión sobre la exploración de las lunas de Júpiter, o la posibilidad de vida allí, un argumento común es una alta dosis de radiación en el cinturón de radiación de Júpiter (varios órdenes de magnitud más alta que fuera de la magnetosfera de Júpiter). Si hablamos de partículas cargadas , el peligro es solo una radiación más rápida que, digamos, 1 MeV (otras están protegidas muy fácilmente por una protección delgada)
Me gustaría saber cuál es el mecanismo que crea estas partículas rápidas dentro de la magnetosfera de Júpiter. Esperaría que las partículas del Sol/la radiación cósmica sean más bien repelidas por la burbuja de la magnetosfera, y las pocas que son atrapadas disminuyan la velocidad al emitir radiación EM que oscila alrededor de las líneas del campo magnético (por lo que nunca acumularían gran parte de ellas)
Encontré en algunos artículos que las partículas lentas (~10 keV) son aceleradas por corrientes de plasma generadas por la rotación de la magnetosfera/lunas y júpiter. Sin embargo, esto no explica las partículas rápidas que solo importan para el riesgo de radiación y son difíciles de proteger.
Se cree que los cinturones de radiación se producen a través de múltiples procesos. Una de las ideas principales originales fue el concepto de difusión radial. Otras ideas incluyeron la energización debido a ondas de baja frecuencia. He trabajado en este campo, pero solo con una onda electromagnética de mayor frecuencia llamada ondas de modo silbador . Me centraré en estos en mi respuesta, pero tenga en cuenta que existen otros mecanismos que pueden energizar partículas a energías MeV.
Aunque puede parecer redundante usar modo y onda para describir lo mismo, esto se debe al esquema de nombres establecido originalmente para tales fenómenos. Los primeros receptores de radio podían escuchar tonos descendentes que se parecían mucho a silbidos, lo que llevó al nombre de silbadores . Más tarde se descubrió que estos eran impulsados por haces de electrones producidos durante la caída de rayos en tormentas eléctricas en la atmósfera de la Tierra. Ahora, el término silbador es a menudo sinónimo de silbador relámpago en la comunidad magnetosférica .
Con el advenimiento de las naves espaciales científicas, se descubrieron dos tipos más de ondas de modo silbador. Estos fueron llamados coro y silbido (o silbido plasmasférico ). Sus nombres implican cómo sonaban cuando se sonificaron las medidas electromagnéticas originales. El coro suena como un coro de pájaros cantando y el silbido suena como un ruido blanco, básicamente. La palabra plasmasphere delante de hiss surgió porque se descubrió que las señales hissy parecían estar confinadas a la plasmasfera . Independientemente, estos dos tipos de ondas de modo de silbido se han estudiado desde la década de 1960 y múltiples estudios teóricos y de observación encontraron que son importantes en la dinámica del cinturón de radiación.
Más recientemente, se descubrieron ondas de modo silbador de gran amplitud en los cinturones de radiación de la Tierra. Estos se distinguían del coro y el silbido porque su frecuencia no se desviaba en el tiempo como el coro, y eran oscilaciones coherentes a diferencia del silbido. Por lo tanto, los documentos originales usaron específicamente el nombre de ondas de modo silbador . Las olas son mucho más grandes de lo que originalmente se creía posible, por lo que nuestra comprensión completa de esta región tuvo que ser reexaminada. Algunas simulaciones de partículas de prueba simples mostraron que estas ondas de gran amplitud podrían acelerar partículas hasta energías de MeV en fracciones de segundo.
Estudios posteriores demostraron que estas ondas podrían producir un atrapamiento de fase no lineal , acelerando así rápidamente partículas hasta cientos de keV muy rápidamente. A lo largo de los años, las estaciones terrestres ocasionalmente observaron intensos estallidos de rayos X que luego se determinó que surgían de la radiación bremstrahlung de los electrones incidentes de alta energía. Estos se denominaron microrráfagas de electrones y finalmente se asociaron con un tipo específico de onda de modo de silbido llamado coro . Observaciones recientes encontraron una correlación más definitiva entre las ondas de modo de silbido y los microrráfagas de electrones , lo que respalda el documento de descubrimiento y el estudio posterior .
Poco después, se categorizaron las propiedades de estas ondas de modo de silbido de gran amplitud. Este estudio encontró una relación entre las ondas y las inyecciones de electrones keV de la cola geomagnética . También encontraron que no todas estas ondas de modo de silbido de gran amplitud tienen frecuencias constantes con respecto al tiempo. Se encontró que las amplitudes de onda dependen de la actividad geomagnética.
Estos resultados dieron lugar a una monografía que resume los resultados. La parte interesante es que estos de alta frecuencia ( 100 Hz a 1000 Hz, dependiendo de la ubicación en la magnetosfera) las ondas pueden modificar los cinturones de radiación externos en escalas de tiempo mucho más cortas que las estimaciones originales de días a semanas. De hecho, estudios más sofisticados que el documento de descubrimiento original encontraron que tales ondas de gran amplitud podrían acelerar electrones keV a energías MeV en milisegundos.
Los resultados más recientes sugieren que las ondas de modo de silbido coherentes de gran amplitud son impulsadas por la energía libre introducida durante las inyecciones de subtormentas , lo que respalda las sugerencias anteriores .
Entonces, en lo que respecta al sistema joviano, los procesos pueden ser similares, pero la cantidad de energía libre en esa magnetosfera es mayor en órdenes de magnitud. Júpiter tiene un campo magnético ~14 veces mayor que el de la Tierra y gira sobre su eje cada una vez cada ~10 horas (aunque su radio medio es >10 veces mayor que el de la Tierra). La alta tasa de rotación y el gran campo magnético proporcionan entornos muy propicios para que se lleven a cabo todos los procesos anteriores. Dados los resultados de estudios previos , no sorprende que Júpiter tenga un conjunto de cinturones de radiación muy energéticos.
Nota al margen divertida
Todas las naves espaciales de la NASA que tienen la intención de utilizar Júpiter para asistir a la gravedad deben someterse a un endurecimiento adicional por radiación debido a los duros entornos jovianos.
En realidad, esta pregunta aún no está clara ni siquiera para los expertos. Hay un descubrimiento reciente sobre esta pregunta: http://www.nature.com/news/mystery-of-earth-s-radiation-belts-solved-1.13452
OK, hay alguna explicación en wikipedia para el cinturón de radiación Van Allen de la Tierra
Se cree que las energías de los protones que superan los 50 MeV en los cinturones inferiores a altitudes más bajas son el resultado de la desintegración beta de los neutrones creada por las colisiones de los rayos cósmicos con los núcleos de la atmósfera superior. Se cree que la fuente de protones de menor energía es la difusión de protones debido a los cambios en el campo magnético durante las tormentas geomagnéticas. [14]
Esto sugiere que los cinturones de Van Allen confinan un flujo significativo de antiprotones producidos por la interacción de la atmósfera superior de la Tierra con los rayos cósmicos.[19] La energía de los antiprotones se ha medido en el rango de 60 a 750 MeV.
Generalmente se entiende que las correas de Van Allen internas y externas resultan de diferentes procesos. El cinturón interior, que consiste principalmente en protones energéticos, es el producto de la descomposición de los llamados neutrones "albedo", que son a su vez el resultado de las colisiones de rayos cósmicos en la atmósfera superior. El cinturón exterior se compone principalmente de electrones. Se inyectan desde la cola geomagnética después de las tormentas geomagnéticas y, posteriormente, se activan mediante interacciones onda-partícula.
Sin embargo, no estoy muy seguro de si estos procesos son responsables de la aceleración de estas partículas, o si simplemente inyectan partículas relativamente lentas en la trampa magnética, que luego son aceleradas por otros procesos.
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