Un grupo de entusiastas estudiantes de
Ciencias de la Escuela
intermedia y secundaria de Obispo, CA,
centralizados en su página de Facebook
Earth to Sky Calculus, han
estado lanzando globos meteorológicos a
la estratósfera en preparación al lanzamiento
de un satélite a fines del presente año.
Todo comenzó en el invierno del 2011,
cuando mediante una simple idea de que el estudio del cielo que rodea a la Tierra tiene un significado
histórico, se empecinaron, aparte de buscar las estrellas, en investigar el borde de la estratosfera de la Tierra.
Procedieron a enviar globos
meteorológicos a la estratosfera y comprobar los eventuales beneficios de estas pruebas, fue así
como el 27 de octubre pasado, lanzaron un par de sensores de radiación hasta la
tropopausa mediante un globo de helio, zona que se conoce como el “Máximo de Pfotzer”. En realidad no sabían que podían esperar de su
experimento.
El
Máximo de Pfotzer, es una capa de la
radiación existente a unos 20 kilómetros sobre la superficie de la Tierra , característica
conocida pero mal entendida de la atmósfera terrestre. Los datos obtenidos,
confirmaron que los instrumentos enviados, habían funcionado bien.
Esto
les permitió desarrollar un gráfico, mostrando un completo perfil de la
radiación ionizante existente entre los 2,7 y 27 kilómetros de altura sobre la superficie de la Tierra ; el sensor contó los
rayos X y los rayos Gamma en el rango de energía entre los 10,0 KeV a 20,0 MeV,
produciéndose un máximo en los niveles de radiación en la tropopausa, que es el
Máximo de Pfotzer.
La
tropopausa es la zona de transición entre la troposfera y la estratósfera, que
marca el límite superior de la troposfera, sobre la cual se mantiene una temperatura constante antes de comenzar
nuevamente a aumentar sobre los 20 Km/snm. Esta situación térmica evita la
convección del aire y confina de esta manera, el clima de la troposfera.
Cuando
los rayos cósmicos chocan en la atmósfera terrestre, producen una lluvia de
partículas secundarias. Con el aumento de la profundidad en la atmósfera, el
componente de la radiación cósmica primaria disminuye, mientras que aumenta la
componente de la radiación secundaria. Esta compleja situación, da lugar a un
máximo de la tasa de dosis a una altitud de ~ 20 km el llamado “Máximo de Pfotzer”,
debido que fue el físico George Pfotzer que descubrió esta cima en 1930
mediante globos y tubos de Geiger.
El cuadro que abre la entrada, muestra los resultados obtenidos por los sensores del globo. Los estudiantes nuevamente están
listos para lanzar sus sensores, quieren aprovechar una tormenta de radiación
de los primeros días del presente mes de noviembre, debido a la posibilidad de
que la actividad solar siga siendo alta. Si
alguna de las manchas del Sol entra en erupción, planean que sus sensores visiten nuevamente el Máximo
de Pfotzer para saber como reacciona.
Todo esta experiencia de los jóvenes
estudiantes, ha puesto nuevamente en el tapete el tema de cómo el Clima
Espacial tiene efecto en la aviación.
Un reciente informe de la NASA , considera al igual que a
los astronautas, los viajeros aéreos ordinarios pueden estar expuestos a
significativas dosis de radiación, cuando el Sol está activo. Los datos
recogidos por los sensores a bordo de
globos, permiten verificar y mejorar los modelos de
investigación de cómo se filtra la
radiación de través de la atmósfera terrestre.
Esto hace preocuparse de que cuando
se sube a un avión el piloto, debido a su trabajo continuo navegando naves
aéreas, probablemente absorbe más radiación que un trabajador en una planta de
energía nuclear. A las alturas que llega un avión por encima de la superficie
terrestre, es demasiado poco el ambiente que existe para protegerlos de esta
radiación, haciendo posible que absorban importantes dosis de rayos cósmicos y
de radiación solar. Por ejemplo: Durante un vuelo polar típico entre Chicago y
Beijing, un piloto está expuesto al equivalente de 2 rayos X aplicados en su
pecho; que multiplicados en el trascurso de una carrera, le puede causar
problemas tales como el aumentos en el riesgo de adquirir un cáncer y
posiblemente cataratas a edad más temprana. Un viajero frecuente, que totalice
unos 160.000
kilómetros [100.000 millas] recibe el equivalente a unas
20 radiografías de tórax, independiente de la latitud de los vuelos.
Los
que estamos a nivel del suelo, también absorbemos radiación; los rayos cósmicos
y sus derivados son tan poderosos que pueden llegar hasta el fondo de la
superficie de la Tierra. Una
Ante una tormenta solar, los niveles de
radiación pueden aumentar en unas cien veces.
Para
ayudar a las compañías aéreas de pasajeros y al personal de salvaguardia de la NASA, está desarrollando una
herramienta experimental que permitirá predecir la exposición en tiempo real.
Chris Mertens un científico investigador del Centro de Investigación Langley de
la NASA , es el
investigador principal del sistema, llamado NAIRAS [“Nowcast of Atmospheric Ionizing Radiation for Aviation Safety” = “Predicción
Inmediata Atmosférica de la Radiación
Ionizantela Seguridad Aeronáutica
La
predicción inmediata de la radiación ionizante atmosférica para el modelo de
Seguridad Aérea (NAIRAS) es un modelo operativo prototipo actualmente en
desarrollo en el Centro de Investigación Langley de la NASA. El
modelo de nairas proporciona en tiempo real las predicciones globales, basadas
en datos de exposición a la radiación ionizante atmosférica, que permite evaluar
los niveles de radiación biológicamente dañinas a altitudes de líneas aéreas
comerciales. Las
fuentes de radiación ionizante son los rayos cósmicos galácticos (GCR) y
eventos de partículas solares energéticas (SEP) que pueden acompañar a las
perturbaciones en la superficie del sol. La composición y los espectros de
energía de la radiación ionizante atmosférica se originan en y están sujetas, a
la variabilidad en los fenómenos meteorológicos espaciales. Por
lo tanto, el modelo que nairas ofrece es
una herramienta de apoyo a la decisión relativa de los impactos de radiación en
la tripulación y los pasajeros de los aviones de largo alcance, un área de
prioridad nacional para el Programa de Ciencia Aplicada de la NASA. Lamentablemente , los polos de la Tierra es donde puede ser más
grave el problema de radiación; debido el campo magnético de nuestro planeta,
los rayos cósmicos y las partículas energéticas solares están incrementados en
las mismas latitudes que utilizan las líneas aéreas en sus vuelos transnacionales.
En un día típico, cuando el Sol está
tranquilo, las tasas de dosis que afectan los vuelos internacionales que
atraviesan los polos, son de 3 a
5 veces mayor que los vuelos con rutas cercanas al ecuador.
NAIRAS puede ayudar en este mismo momento, a
los controladores de vuelo que quieran conocer la situación de los polos, por
cuanto es un mapa global en línea de las tasas de dosis de radiación para las
diferentes trayectorias de vuelo y sus altitudes. Los mapas se producen casi en
tiempo real, mediante una computadora en Langley, la cual combina los códigos físicos
de vanguardia, con las mediciones en tiempo real de los rayos cósmicos y la
actividad solar. La capacidad de volar sobre los polos, le significa a las
compañías aéreas un ahorro por concepto de combustible de aproximadamente entre treinta y cinco mil a cuarenta mil dólares
por vuelo; cambiar de rumbo para evitar
una tormenta de radiación polar les puede costar unos cien mil dólares. Es por
esta razón que una herramienta como NAIRAS, puede ayudar a las aerolíneas a
tomar un correcta decisión.
Chris
Martens le da gran importancia al factor humano, él comenta: “En 2004 fui a un taller sobre el clima
espacial y la aviación; un piloto de American Airlines se levantó para
dirigirse a la audiencia: ‘Miren, dijo, estamos clasificados como trabajadores
de la radiación, que son los más expuestos que cualquier otro grupo, sin
embargo, sabemos que somos el más pequeño de todos los grupos’. Ese fue un punto de inflexión
para mí. Yo quería hacer algo para
ayudar a los pilotos a entender mejor; y así nació NAIRAS”.
Martens
y sus colegas pronto publicarán un artículo en la Revista
Clima Espacial,
en la cual compararán predicciones de NAIRAS y las reales mediciones de radiación
a bordo de los aviones; “Los resultados
son alentadores, pero aún tenemos trabajo que hacer” dice.
Es
interesante como un trabajo de investigación de jóvenes estudiantes, se une con
una investigación científica de mayor envergadura, ante una situación de los
viajeros y quienes trabajan piloteando aviones que no saben como las
radiaciones del universo – rayos cósmicos y actividad del Sol - pueden afectar su salud.
Fuente: Space Weather / NASA /
NAIRAS
Piloto José Torregosa García : Radiación y vuelos
NAIRAS : Visión de Conjunto
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