The mysterious Van Allen Belts: an avoidable mortal danger for missions to the Moon

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El espacio se presenta como un ambiente increíblemente hostil para los seres humanos, sin apoyo de complejos equipos, una persona sería incapaz de sobrevivir por más de unos segundos.

En la superficie contamos con la atmósfera, un gran escudo contra la mayoría de los males del exterior, sin embargo, para poder llegar más allá de nuestro hogar hace falta abandonar esa protección y se hace necesario encontrar la forma de resguardar a los astronautas en misiones a la Luna.

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Astronauta Alan Bean es visto extrayendo el recipiente con material radioactivo del cuadrante dos de la etapa de descenso del módulo lunar, este sería colocado en el generador termoeléctrico de radioisótopos para suministrar energía a los demás experimentos por varios años.

Tipos y efectos de radiación

Se considera a la radiación como una transferencia de energía, bien puede ser de tipo electromagnética; luz ultravioleta, rayos X, rayos gamma, o de tipo corpuscular; partículas alfa, protones libres o electrones. Con el fin de medir la cantidad de radiación se creó una unidad llamada Gray y para analizar los daños a los tejidos humanos y según un coeficiente dependiente tanto del tipo recibido como de la posible zona afectada aparece la dosis equivalente medida en Sieverts; para referencia 5 Sv resultan fatales para un 50% de las personas. La forma en que este afecta a los seres humanos es debido a cambios en la delicada química celular y una lucha entre daños y reparación.

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Tabla del promedio de radiación recibida por cada astronauta en su respectiva misión. Como referencia, una radiografía de Tórax implica cerca de 400 rads y donde 100 rads = 1 Gray.

Los cinturones de Van Allen

En 1958, a bordo de un cohete Juno, despegaba rumbo al espacio el primer satélite de Estados Unidos que alcanzaría órbita, el Explorer-1. En sus cuatro meses en órbita detectó fluctuaciones en la radiación del entorno, tras análisis de estos cambios se logró descubrir unas estructuras de partículas cargadas concentradas, posteriormente llamadas cinturones de Van Allen, en honor a James Van Allen, jefe de instrumentación y diseño del satélite.

Recientemente vi un programa de Fox TV, era un ingenioso y entretenido programa de cosas sin sentido. El hecho de afirmar que la exposición a la radiación durante las misiones Apollo habrían sido fatales es un excelente ejemplo de un sinsentido

–Dr. James Van Allen

Los cinturones de Van Allen son partículas cargadas eléctricamente; protones libres, electrones, partículas alfa, entre otras, que se encuentran atrapadas en dos bandas principales debido al campo magnético de la Tierra. El viento solar es el encargado de alimentarlas y, por ende, los niveles de radiación están estrechamente relacionados con la actividad solar.

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Recreación artística de los cinturones de Van Allen a partir del estudio de los mismos con las sondas gemelas Van Allen. Los colores indican la densidad de partículas, siendo el rojo donde está es mayor.

Desde su descubrimiento se sabía que serían un gran reto para los astronautas una vez vayan rumbo a la Luna. El propio Van Allen propuso el detonar bombas nucleares en órbita para así poder suministrar a las partículas cargadas la energía faltante y que estas puedan escapar del campo magnético terrestre, aquel proyecto fue conocido como Operación FishBowl (pecera).

FishBowl: pruebas nucleares a gran altitud

En 1962 se realizaron unas series de pruebas nucleares a gran altitud, en aquella con la designación de StarFish Prime se detonó una bomba de 5 megatones, esta fue impulsada por un misil Thor hasta alcanzar cerca de 1 800 kilómetros de altura y sería activada una vez descendiera hasta los 400 kilómetros.

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Fotografía de la aurora residual tras la detonación de la ojiva nuclear Starfish Prime el 9 de julio de 1962.

Contrario a los resultados esperados, más partículas cargas fueron depositadas en el campo magnético terrestre, llegando inclusive a formar un nuevo cinturón de radiación a menor altura e incrementar la dosis de los ya existentes. Junto con la detonación se produjo inmediatamente un pulso electromagnético mucho mayor a lo estimado, que apagó por completo varios satélites e incluso afectó a las propias sondas que fueron diseñadas específicamente para estudiar los residuos de la explosión.

La gran cantidad de partículas que ahora se encontraban en el nuevo cinturón artificial de radiación fueron depositándose lentamente en la atmósfera terrestre, fomentando así la formación y avistamientos de auroras en latitudes más cercanas al Ecuador. Todas las partículas cargadas perdurarían con gran intensidad alrededor de la Tierra, llegando inclusive a amenazar las futuras misiones a la Luna con el fin de evitar exponer a los astronautas a dosis mortales o potencialmente peligrosas.

Viaje a la Luna

El primero de los cinturones que deberían de atravesar para llegar a la Luna era el creado por los residuos de la explosión nuclear. En los 6 años que transcurrieron entre la detonación de la bomba en la atmósfera alta y el primer vuelo de un cohete Saturno V tripulado (Apolo 8) una pequeña parte de las partículas ionizantes no radioactivas; y por ende con comportamiento diferente a átomos con vida media, todavía persistían en el espacio. Para futuras misiones, la nube ya se había disipado lo suficiente para ser evitada con facilidad y en general no suponer mayor riesgo clínico.

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Diagrama de la trayectoria que tomarían los astronautas para poder alcanzar la Luna al pasar por los cinturones de Van Allen, pero evitando las regiones de mayor densidad energética.

A diferencia de una errónea y común interpretación, los cinturones de Van Allen, como bien dice su nombre, son unas bandas que se encuentran rodeando la zona ecuatorial del planeta y no son esferas homogéneas bloqueando toda salida de órbita baja; en algunos casos son comparados a donas o toroides.

El primer y más cercano cinturón, comprendido entre los 1 000 y 12 000 kilómetros de altura, está plagado principalmente por energéticos protones libres, capaces de causar grandes daños, pero siendo fácilmente frenados con poco blindaje. Este sería atravesado en menos de una hora y pasarían muy pocos minutos en la zona de mayor densidad.

El cinturón exterior es mucho más variable y dependiente de la actividad solar, está compuesto en su gran mayoría por electrones. Estos tienen mayor facilidad para penetrar por blindajes, sin embargo, la energía depositada en las moléculas orgánicas de los órganos es mucho menor a la de los protones, requiriendo una mayor exposición para causar el mismo daño.

Protegiendo a los astronautas

Con el fin de resguardar a la tripulación de altas dosis de radiación al atravesar los cinturones de Van Allen, permanecerían a bordo del módulo de comando. Este contaba con un blindaje que servía para sobrevivir a la reentrada atmosférica y resistir el agua una vez amerizado, a su vez proveía de suficiente grosor para reducir en gran parte la exposición a las energéticas partículas del espacio.

Lastimosamente la historia ha creado en la sociedad un miedo irracional hacia todo lo que tenga que ver con la radiación, además de la ignorancia generalizada sobre los tipos y efectos de la exposición a diferentes tipos de partículas energéticas o luz en longitudes de onda ionizantes. However, el estudio detallado de ellas a través de los años nos ha servido para aprovecharla a nuestro favor y a su vez resguárdanos con la mayor efectividad posible.

Francisco Andrés Forero Daza
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