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Modulación de
rayos cósmicos

por Rogelio Caballero López

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En la figura, en azul, se muestra el número mensual de manchas solares que son un indicador de la actividad solar y en rojo se muestra el número de cuentas mensuales registradas en el monitor de neutrones de Hermanus. Se puede ver claramente una 'anticorrelación' entre estas dos cantidades, es decir, los picos en la curva azul (máximo solar) coinciden con valles en la curva roja (mínima intensidad de los rayos cósmicos) y los valles en el número de manchas (mínima actividad solar) concuerdan en tiempo con picos en las cuentas del monitor (máxima intensidad de los rayos cósmicos).

A finales de los años cuarenta, el Instituto Carnegie de Washington financió el desarrollo de instrumentos de medición de los rayos cósmicos (también llamados radiación cósmica), cinco de los cuales fueron instalados en Estados Unidos, México, Perú, Nueva Zelandia y Groenlandia. Los datos de todos estos instrumentos mostraban que la intensidad de estas partículas con energías entre 3 y 20 GeV tenían, por un lado, variaciones mensuales y por otro, variaciones cada 11 años, similares a las que muestra la actividad de Sol.

En 1951, el físico John Simpson diseñó el primer monitor que medía la intensidad del flujo de neutrones producidos por la interacción de los rayos cósmicos con la atmósfera. Para 1957, más de 50 de estos monitores ya estaban instalados a nivel mundial. Hoy en día, contamos con registros de alta resolución de la intensidad de los rayos cósmicos sobre la superficie terrestre de los últimos 8 ciclos solares (o cerca de 90 años), además de mediciones anuales desde 1389 de los llamados isótopos cosmogónicos como el Be10 y el C14 que también son producidos por la interacción de rayos cósmicos con la atmósfera y que pueden medirse en los tejidos de los seres vivos, como por ejemplo los arboles. Lo anterior, demuestra que las variaciones o modulación de 11 años de la radiación cósmica ha estado presente en todo este período de tiempo.

Ahora sabemos que las variaciones en la intensidad de los rayos cósmicos se deben a que estas partículas son desviadas por el campo magnético solar al atravesar la heliósfera y a que este campo magnético también varía en el espacio y en el tiempo. De hecho, las mediciones de los últimos 70 años de los monitores de neutrones y de las sondas espaciales confirman dos aspectos fundamentales: primero, que la intensidad de la radiación cósmica en la órbita de la Tierra varía con la actividad solar. Este comportamiento ha sido observado en partículas con energías menores a 20 mil MeV (o mega electrones volt) para las que las variaciones aumentan a medida que disminuye la energía de la partícula. En segundo lugar, las mediciones lejos de la órbita de la Tierra hechas por las naves Viajero 1, Viajero 2 y Ulises también muestran que la intensidad de los rayos cósmicos presenta variaciones con la distancia al Sol. Por un lado, según las observaciones de los Viajero, la intensidad de las partículas con energías menores a 500 MeV aumenta a razón de 1 % por cada unidad astronómica ó 1%/UA durante el mínimo solar, mientras que en el máximo, el ritmo de variación es de 2 %/UA. La región de modulación se extiende en la dirección en la que viajan las naves Viajero, hacia los límites de la heliósfera, a unas 120 UA del Sol. Por otro lado, la nave Ulises, en la heliósfera interna a menos de 5 UA observó variaciones latitudinales entre las regiones polares y ecuatoriales alrededor del Sol.

Si llegamos a entender las variaciones en la intensidad de los rayos cósmicos, podríamos reconstruir las condiciones solares y heliosféricas del pasado. En particular, un grupo de investigadores de México, Sudáfrica y Estados Unidos, usó un modelo sencillo de modulación solar de los rayos cósmicos y los modelos más recientes de turbulencia magnética en el medio interplanetario para analizar datos del monitor de neutrones de Hermanus, Sudáfrica (que es el monitor de mayor registro temporal desde 1957), junto con mediciones de parámetros de la actividad solar. Sus resultados muestran que la modulación de los rayos cósmicos depende de su propia energía y que para escalas de tiempo suficientemente grandes, las variaciones observadas en los rayos cósmicos están mejor correlacionadas con la intensidad del campo magnético interplanetario que con las manchas solares u otros parámetros solares o del viento solar.

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ALGUNAS NOTAS PARA ENTENDER MÁS:

Los rayos cósmicos son núcleos atómicos de muy alta energía, en su mayoría de origen extrasolar, que atraviesan continuamente el entorno del Sol. Tal vez provengan de alguna explosión de supernova en alguna parte de la galaxia o de algún otro evento violento fuera de ella, pero las que llegan a la Tierra se detectan de forma indirecta en su superficie a partir de la lluvia de partículas secundarias, como los neutrones, que se producen cuando chocan con los átomos y moléculas de la atmósfera.
También existen los rayos cósmicos solares, pero sus energías son mucho menores a las de los rayos cósmicos de fuentes extrasolares.

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