Los rayos cósmicos

Seguro que has oído hablar de los rayos cósmicos más de una vez, pero es posible que no tengas muy claro de dónde proceden (más allá de que vienen del cosmos, por aquello de ser cósmicos) o si son peligrosos, o si realmente afectan a nuestros aparatos electrónicos…

Victor Franz Hess

Victor Franz Hess

En agosto de 1912, el físico austriaco Victor Hess ascendió hasta los 5.300 metros de altura en un vuelo en globo. Durante su ascenso, midió el índice de ionización de la atmósfera y descubrió que aumentaba hasta ser tres veces superior al que había en la superficie a nivel del mar. Su conclusión fue que en la atmósfera entraba radiación desde el exterior. Había descubierto los rayos cósmicos (en realidad no fue el primero, Theodor Wulf, en 1909, observó algo similar al medir la ionización en el suelo y lo alto de la Torre Eiffel, pero su trabajo no fue aceptado por la comunidad científica, y en 1911 Domenico Pacini observó que la ionización era diferente en un lago, en el mar, y a 3 metros de profundidad bajo la superficie).

Los rayos cósmicos son partículas subatómicas con una alta cantidad de energía, fruto de la elevada velocidad a la que viajan por el espacio (es una velocidad muy cercana a la de la luz). La mayoría de estas partículas son protones (nucleos de hidrógeno, que es el elemento más común y más ligero del universo, así como núcleos de helio y de otros elementos más pesados, pudiendo llegar a ser de uranio). Cuando llegan a nuestro planeta, chocan con los núcleos de los atómos en las capas altas de la atmósfera y crean más partículas, a las que llamamos piones (uno de los tipos de partículas subatómicas, son inestables y apenas existen durante nanosegundos). Estos piones decaen y, a su vez emiten otras partículas, a las que llamamos muones (otro tipo de partícula subatómica) que, a diferencia de los piones, apenas interactúan con la masa, y pueden viajar a través de la atmósfera e incluso llegar a la superficie. De hecho, la cantidad de muones que llegan hasta el terreno es tal que se calcula que pasa uno por segundo en el volumen equivalente al tamaño de la cabeza de un ser humano. O dicho de otro modo, 10.000 muones atraviesan nuestro cuerpo cada minuto.

Tienen cantidades de energía enormes

Este es el aumento de la ionización de la atmósfera tal y como lo midió Hess en 1912, y posteriormente Kolhörster en 1913 y 1914. Crédito: Alessandro De Angelis

Este es el aumento de la ionización de la atmósfera tal y como lo midió Hess en 1912, y posteriormente Kolhörster en 1913 y 1914.
Crédito: Alessandro De Angelis

La mayor parte de rayos cósmicos tienen una cantidad de energía que va desde 1 GeV (gigaelectronvoltio, la energía que puede generar un acelerador de partículas pequeño), hasta los 108 TeV (teraelectronvoltios, es una cantidad muy superior a lo que puede generar el LHC, también conocido como el Gran Colisionador de Hadrones, en Suiza). Esa misma cantidad de energía también delimita con qué frecuencia llegan a nuestro planeta. mientras hay unos 10.000 rayos cósmicos de 1 GeV por metro cuadrado por segundo, hay menos de uno por kilómetro cuadrado por siglo para los más potentes.

¿Pero cómo alcanzan esas cantidades de energía tan enormes? Los de energía más baja proceden del Sol, en una corriente de partículas cargadas a la que llamamos viento solar (que también es responsable de las auroras polares), pero determinar el origen de las más potentes, así como qué es lo que las ha acelerado hasta una velocidad cercana a la de la luz es más complicado. No viajan en línea recta hasta nosotros, en su camino van girando en su trayectoria a medida que se encuentran con campos magnéticos a lo largo del espacio interestelar.

Éstas son las fuentes de rayos cósmicos en el espacio: las partículas solares, y los rayos cósmicos galácticos. Crédito: NASA/JPL-Caltech/SwRI

Éstas son las fuentes de rayos cósmicos en el espacio: las partículas solares, y los rayos cósmicos galácticos.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/SwRI

Aun así, los científicos han encontrado algunas pistas en los rayos gamma. Son menos comunes que los rayos cósmicos, pero al tener una carga neutral no se ven influenciados por los campos magnéticos (así que éstos sí viajan en línea recta). Al llegar a nuestro planeta, generan lluvias de partículas secundarias (como esos muones y piones de los que hablaba al principio) que podemos detectar y que nos permiten apuntar a la fuente de origen de esos rayos gamma. Las fuentes conocidas en nuestra galaxia incluyen los restos de supernovas (como la famosa Nebulosa del Cangrejo), y se especula también con los núcleos activos de otras galaxias así como colisiones entre galaxias. Otras fuentes para acelerar esta energía pueden ser objetos exóticos tales como agujeros negros supermasivos.

Cómo nos afectan

En lo alto de la atmósfera, un protón choca con una atmósfera de la molécula. En el gráfico puedes ver cómo se desintegra en las diferentes partículas subatómicas. Crédito: Usuario "SyntaxError55" de Wikipedia.

En lo alto de la atmósfera, un protón choca con una atmósfera de la molécula. En el gráfico puedes ver cómo se desintegra en las diferentes partículas subatómicas.
Crédito: Usuario “SyntaxError55” de Wikipedia.

¿Son dañinos? Pues depende de en donde nos encontremos, y de qué tipo. Si estamos dentro de la magnetosfera de la Tierra (ese campo que se extiende 70.000 kilómetros por encima de la atmósfera) estamos protegidos de los rayos más potentes. Aquí, en la superficie del planeta, sólo llegan los de baja energía, y son prácticamente inocuos (sabemos que, a largo plazo, producen mutaciones, y probablemente sean responsables, en parte, de la evolución de las especies, por tanto se podría decir que son beneficiosos). Para los componentes electrónicos, la historia es un tanto diferente. Los rayos cósmicos, en ocasiones, pueden provocar que los estados de los componentes de un circuito integrado se vean alterados, provocando errores temporales (como puede ser corrupción de datos en un dispositivo de memoria, o un error en un procesador).

A grandes altitudes, los rayos cósmicos son un problema para los satélites, y se sospecha que pudieron ser una de las posibles causas para que un Airbus A330 (el vuelo 72 de Qantas), en 2008, sufriese dos bajadas de altura repentinas tras un fallo en el sistema de control para el que no hay una explicación aparente. Tanto pasajeros como parte de la tripulación resultaron heridos (algunos de gravedad, por desgracia), y la investigación del accidente llevó a los investigadores a determinar que el sistema de control había recibido un pico de datos que no tenía explicación posible. Como consecuencia de aquel incidente, todos los A330 y A340 han visto su software actualizado para que, si ocurre algo así, sea filtrado automáticamente por los sistemas electrónicos.

Domenico Pacini realizando una medición en 1910.

Domenico Pacini realizando una medición en 1910.

Todo esto, siempre, dentro de la atmósfera de la Tierra. Pero, ¿y fuera? Aunque se encuentran dentro de la magnetosfera, los astronautas de la Estación Espacial Internacional se ven expuestos a una cantidad de rayos cósmicos muy superior a la de un ser humano en superficie. De momento, a pesar de que alguno de ellos ha estado hasta un año continuado en el espacio, no se conoce ningún efecto negativo en su salud. Pero la cosa cambia cuando nos alejamos y vamos al vacío interestelar entre la Tierra y la Luna, o la Tierra y Marte. En estas zonas, lejos de la influencia protectora de la magnetosfera, los astronautas se ven expuestos a los rayos cósmicos galácticos (los de energía más alta). Algunos tripulantes del programa Apolo, en sus viajes a la Luna, informaron a la NASA de que veían destellos de luz con bastante periodicidad (alrededor de cada tres minutos), incluso con los ojos cerrados.

A día de hoy, no sabemos qué efectos pueden tener esos rayos cósmicos en las personas, pero es algo en lo que habrá que trabajar durante los próximos años si queremos enviar astronautas a Marte, porque ese viaje, mucho más largo que el que hicieron los astronautas del programa Apolo a nuestro satélite, les expondrá a una cantidad de rayos cósmicos galácticos muy superior a lo que hemos visto hasta ahora.

Referencias: Wikipedia, Telescope Array Project, CERN

Alex Riveiro

Amante de la astronomía. Hablo de todo lo relacionado con el universo y sus conceptos de una manera amena y sencilla. Desde los púlsares hasta la historia de la astronomía en Al-Andalus.

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10 Respuestas

  1. Aborash dice:

    Y si no, que se lo pregunten a los 4 fantásticos xD

  2. Arnoldo De la Hoz dice:

    Leído.

  1. 17 junio, 2015

    […] de la descomposición de ciertos neutrons, que, a su vez, son el resultado de las colisiones de los rayos cósmicos contra las capas altas de la atmósfera. El cinturón exterior está compuesto principalmente de […]

  2. 15 febrero, 2016

    […] con tanta seguridad que el LHC es completamente seguro? La respuesta más breve está en los rayos cósmicos que bombardean constantemente la Tierra. Tienen una energía infinitamente superior a la que puede […]

  3. 17 marzo, 2016

    […] El blindaje tendrá que ser desarrollado para reducir la exposición de la tripulación a los rayos cósmicos y las llamaradas solares, y será necesario aumentar el tiempo de aviso de llamaradas […]

  4. 6 junio, 2016

    […] de analizar los datos de radio de la Vía Láctea, porque hay ruido extra creado por los rayos cósmicos, y por dificultades del propio equipo de científicos, no pudieron terminar de analizar sus datos […]

  5. 12 octubre, 2016

    […] más hostiles de la tierra hay formas de vida extremas, que podrían estar alimentándose de los rayos cósmicos que atraviesan nuestro planeta. Al menos esa es la conclusión a la que se ha llegado tras estudiar […]

  6. 22 junio, 2017

    […] más allá del campo magnético de la Tierra. El viaje, y la vida en Marte, serían vulnerables a rayos cósmicos procedentes de la galaxia y de llamaradas estelares. De momento, estamos aprendiendo a predecir […]

  7. 3 octubre, 2017

    […] Pero al margen del posible coste, hay muchas otras cuestiones técnicas y de ingeniería a las que hacer frente. Por las características de las órbitas de Marte y la Tierra, los viajes entre ambos planetas sólo se pueden hacer una vez cada dos años. Además, hace falta varios meses de viaje para llegar hasta el planeta rojo. Durante ese tiempo, el STI y su tripulación estarán expuestos a una cantidad significativa de radiación. […]

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