Rayos en la Antártida
Ya está funcionando en Marambio el primer detector de rayos cósmicos instalado en una base argentina. El dispositivo, totalmente desarrollado en el país, es el más innovador de todos los que se encuentran en el continente blanco. La información recolectada colaborará en el pronóstico de eventos de “space weather”, como las tormentas geomagnéticas, que pueden afectar el funcionamiento de satélites y aviones.
Pueden venir de muy lejos en el tiempo y el espacio o de lugares más cercanos como la Vía Láctea y el propio Sol. Se los llama rayos cósmicos y se trata, en general, de partículas subatómicas energéticas como protones, neutrones, electrones y fotones entre otras. Algunos tienen una energía cien millones de veces mayor que la que se puede utilizar para cargar una partícula subatómica con los más potentes acelerados construidos en el mundo, como el LHC (Large Hadron Collider). De éstos, muy pocos alcanzan la superficie del planeta. Pero de baja energía llegan muchísimos, nos atraviesan todo el tiempo. A tal punto que, en diez cm², que es la superficie de una mano, nos traspasa uno por segundo.
En el año 2008 se puso en marcha en Malargüe, Mendoza, en el marco del proyecto internacional Pierre Auger, el observatorio de rayos cósmicos más grande del mundo, cuyo centro de atención son las partículas de ultra alta energía. Como un desprendimiento de esta iniciativa surgió el proyecto LAGO (Latin American Giant Observatory) que reúne alrededor de 26 instituciones científicas de nueve países latinoamericanos (Argentina, Bolivia, Brasil, Colombia, Ecuador, Guatemala, México, Perú y Venezuela) con tres objetivos científicos principales: estudiar eventos gamma de alta energía en sitios de gran altitud, comprender fenómenos del clima espacial a través del monitoreo a escala continental, y descifrar el impacto de la radiación cósmica sobre fenómenos atmosféricos.
Con ese fin, se ha venido armando una extensa red de detectores de rayos cósmicos desde México hasta la Argentina. Y, este verano, se instaló el primer detector de rayos cósmicos en una base argentina en la Antártida. ¿Por qué es importante la presencia de un artefacto de este tipo en el continente blanco? “La decisión está vinculada con el comportamiento de las partículas cósmicas con carga eléctrica. Cuando estas partículas llegan a la Tierra, el campo geomagnético las desvía de manera tal que se produce un flujo mayor hacia las regiones cercanas a los polos magnéticos (que están muy cerca de los polos geográficos) y uno menor hacia las regiones ecuatoriales. Entonces, la información recolectada por un detector de rayos cósmicos ubicado en la Antártida será mucho mayor y de mejor calidad que la un detector ubicado, por ejemplo, en Buenos Aires. Primero porque al aumentar el flujo aumenta la estadística. Y segundo, porque partículas de muy baja energía, como las solares, sólo pueden ser medidas en las regiones cercanas a los polos magnéticos”, detalla Sergio Dasso, investigador del CONICET en el Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE UBA-CONICET).
(De izq. a der.) Sergio Dasso, Omar Areso, Matías Pereira y Adriana Gulisano posan junto a «Neurus» el detector de rayos cósmicos.
El detector fue desarrollado por investigadores del IAFE y estuvo funcionando en Buenos Aires antes de ser trasladado a la Antártida. “Para poder hacerlo, primero tuvimos que entender toda la electrónica de estos equipos que están realmente en la frontera de la adquisición de señales de la electrónica. Porque el detector funciona midiendo la luz que generan estas partículas cuando pasan por el recipiente de agua que contiene el artefacto. Esta energía de la luz, que colecta el fotomultiplicador, se traduce a un pulso electrónico que dura, apenas, decenas de nanosegundos. Y tenemos que caracterizarlo, saber qué amplitud tiene y graficar ese pulso, con lo cual tenemos que hacer mediciones cada diez o quince nanosegundos ”, explica Dasso, también profesor de los departamentos de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, y de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA.
Este detector LAGO está basado en el diseño de los detectores de Auger pero cuenta con una tecnología ligeramente adaptada para llevarlo a la Antártida. “En este detector la electrónica del fotoduplicador no está sumergido en el agua sino que está por encima. Quedó parecido al sombreritus de Súper Hijitus y, por eso, lo bautizamos Neurus”, cuenta Dasso mientras sonríe.
Si bien existen otros detectores de rayos cósmicos instalados en bases de otros países en la Antártida, el dispositivo argentino posee características diferenciales e innovadoras que lo colocan un paso adelante del resto. “Nuestro detector no solamente puede contar y caracterizar cuántas partículas por unidad de superficie y por unidad de tiempo están llegando a la superficie de la Tierra sino que también puede discriminar bandas de energía de interés para space weather. Y eso es algo que los otros detectores no pueden hacer y nos va a permitir avanzar en los conocimientos que hoy tenemos sobre este tema”, asegura con orgullo.
La información recolectada por el detector es almacenada localmente en discos rígidos de gran capacidad pero, al mismo tiempo, es enviada al continente. De esta manera, sólo minutos después de generados los datos, éstos ya se encuentran disponibles en un servidor en el laboratorio de Dasso. Una vez que se haya comprobado la calidad de la información que ya se está recibiendo, será puesta a disposición, libremente, para que pueda ser utilizada por toda la comunidad.
De rayos y tormentas
El principal interés de Dasso y su equipo no pasa por la captura o identificación de algún tipo de partícula singular sino en la variabilidad del flujo de rayos cósmicos que llegan a la Tierra. Esta información es de gran importancia para una disciplina conocida como meteorología del espacio o space weather, que estudia la influencia de algunas condiciones exógenas de la Tierra, como la radiación solar y el viento solar, sobre la atmósfera terrestre.
Cuando se producen eventos de este tipo en la alta atmósfera, por ejemplo, tormentas geomagnéticas o ionosféricas, originidas en la interacción de la actividad solar y las partículas energéticas con carga con electrica que llegan desde el espacio, se pueden generar graves problemas en las comunicaciones y en la propia salud de los seres humanos en el espacio, como los astronautas que trabajan en las estaciones espaciales.
Transportar e instalar en la Antártida un equipo que pesa más de una tonelada y ocupa unos 2 m² es una tarea sumamente complicada.
“Cuando hay episodios severos de space weather los niveles de radiación en el espacio exterior aumentan significativamente y estas partículas pueden generar daños en los satélites. Desde disparar comandos fantasma hasta penetrar y destruir partes muy sensibles de su electrónica. Esto no es una predicción, ya ha ocurrido y está documentado que hubo satélites que quedaron fueran de servicio”, relata Dasso. Otros problemas ocurren bastante más cerca de la superficie terrestre. “Eventos de este tipo en la ionosfera pueden producir pérdidas de comunicaciones en la banda HF de radio que utilizan los aviones comerciales y, eventualmente, dejarlos incomunicados con la torre de control. Se trata de una situación de riesgo porque ni el avión ni la torre de control saben qué es lo que esta pasando. Esto ha ocurrido y también está documentado”.
Ante este panorama, tal como lo hace la meteorología tradicional, la meteorología del espacio aspira a que, a partir de una exhaustiva caracterización del estado del sistema y del conocimiento de la variabilidad del flujo de rayos cósmicos, entre otros datos, se puedan realizar pronósticos de eventos de space weather.
“En Argentina tenemos los satélites ARSAT que están en una posición muy sensible, casi afuera de la protección magnética de la Tierra. Si se produce un evento de space weather, la magnetósfera se comprime porque la presión del viento solar crece mucho, el satélite puede quedar desprotegido completamente frente a las altas radiaciones del viento solar. Si ese evento se pudiera anticipar, uno puede tomar la decisión de apagar toda la electrónica para volver a prenderla una vez que haya vuelto la calma. Eso puede preservar la vida del satélite y ahorrar varios millones de dólares”, se entusiasma Dasso.
Ciencia en el fin del mundo
Más allá de las ventajas científicas que ofrece su ubicación, transportar e instalar en la Antártida un equipo que pesa más de una tonelada y ocupa unos 2 m² es una tarea sumamente complicada. Máxime, cuando, en este caso, los investigadores tenían que montar un laboratorio entero desde cero.
Con ese objetivo, el equipo encabezado por Dasso partió a principios de enero. Previamente, había enviado, en dos tandas, todo el equipamiento requerido. “Ir a la Antártida es como el primer paso para ir al espacio, porque uno tiene que ir preparado y sabiendo que en el lugar no hay nada. Si te olvidás algo no hay una ferretería para ir a comprarlo -reflexiona Dasso-. Además, no es que uno va cuando quiere, no se venden pasajes a la Antártida, hay que armar toda una logística que depende de terceros, del apoyo logístico de instituciones que definen si se viaja o no en base a múltiples intereses o circunstancias”.
El detector se encuentra en pleno funcionamiento y seguirá trabajando y enviando datos, de manera totalmente automatizada, durante todo el invierno.
Al llegar se encontraron con una habitación de 20 m², con una estufa, dos mesas y cuatro sillas, que contaba sólo con electricidad. Tuvieron que adaptar el sistema de calefacción, instalar el sistema de telemetría, las antenas de internet, readaptar la instalación electrica y demás. Un elemento que hay que tener muy en cuenta a la hora de planificar trabajos en la Antártida es, por supuesto, el clima. “Nuestro laboratorio está a 300 metros de la base, conectado con una pasarela. Aun así, los días de mucho frío y mucho viento se complicaba salir de la base y llegar hasta allí. Había vientos de 80 km por hora. A mí, en un momento ,me sacudió y me tuve que agarrar de la baranda. Por supuesto tenía guantes porque, con -20ᵒC de sensación térmica, si llegaba a tocar la baranda con la piel se me hubiera congelado la mano y se me hubiera pegado de la baranda, como cuando agarrás un hielo del freezer. Hay que tener cuidados extremos para salir. En días así no te queda otra alternativa que trabajar adentro. Cada paso se hace muy complicado ”, relata.
Más allá de las dificultades, Dasso, que por primera vez visitaba el continente blanco, cuenta que quedó impactado por la belleza del entorno. “El mar de Weddell con los glaciares flotando me conmovió. Cuando llegué, hubo dos o tres días con mucha niebla y mucha nieve. Al cuarto o quinto día cuando se limpió el cielo y pude ver ese mar, con esos tempanos, quedé enamorado. Parecía un dibujo, una pintura”, recuerda.
En concreto, el detector se encuentra en pleno funcionamiento y seguirá trabajando y enviando datos, de manera totalmente automatizada, durante todo el invierno. Ante cualquier inconveniente, el Instituto Antártico Argentino dispone de dos “invernantes” de apoyo para proyectos científicos capacitados para realizar los primeros auxilios al equipo frente a cualquier contingencia. Mientras Dasso y su equipo analizan la información que va llegando, ya se encuentran planificando todos los detalles para el próximo cruce, que se producirá cuando vuelva el verano.
Equipo completo
El proyecto se pudo llevar adelante gracias a la colaboración de las siguientes instituciones: Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE), el Institito Antártico Argentino (IAA) y los departamentos de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, y de Física (Exactas UBA).
Junto con Dasso, participaron de la campaña antártica: Omar Areso (IAFE), Adriana Gulisano (IAA-DF) y Matías Pereyra (IAFE). También brindarón su apoyo: Laura Alves, Hernán Asorey, Mónica Gómez, Ubaldo Ereñú, Vanina Lanabere, Jimmy Masías-Meza, Francisco Novarini, Maximiliano Ramelli y Mauricio Suárez Durán.
Durante este invierno en la Antártida, el cuidado del laboratorio estará a cargo de Hernán Carballo y Sebastián Medina.
También colaboraron durante distintas instancias del desarrollo del proyecto los estudiantes: Santiango Basañes, Francisco Bezzecchi, Máximo Coppola, Ubaldo Ereñú, Federico Iza, Francisco Novarini, Carmina Pérez-Bertolli, Ailin Sansalone y Ludmila Viotti.
