Historias de la Ciencia

Vía Astroseti me enteré de la muerte de Van Allen a la edad de 91 años. Bien, ¿y qué hizo Van Allen? Sí, hombre, lo de los cinturones … ¿no os parece una lástima saber tan poco sobre él y las circunstancias de su vida técnica y científica? Como ya sabréis, un servidor es de la opinión que el mejor homenaje que se puede hacer a un científico es conocer y divulgar su obra y consecuencias. Sea pues, nuestra historia de hoy, un homenaje.

James Alfred Van Allen nació en 1914 y se graduó en la Universidad de Weslwyan, Iowa, en 1935. Durante el segundo año de sus estudios ya estaba tomando medidas sobre las intensidades de los rayos cósmicos. Desde 1951 fue el jefe del departamento de física de dicha Universidad y siempre estuvo a la vanguardia de la física.

Durante la Segunda Guerra Mundial desarrolló el dispositivo de proximidad. Era un invento que podía aplicarse a un arma explosiva. Emitía radioondas que eran reflejadas por el blanco y cuando llegaban a una determinada distancia del mismo, el rebote de dichas radioondas era lo suficientemente elevado para ser detectadas y producir una detonación del explosivo contenido en el proyectil, por ejemplo.

Esto significaba que los disparos directos no eran necesarios y la eficacia de los fuegos antiaéreos se multiplicó. Pero en lo que Van Allen adquirió práctica fue en reducir al mínimo el tamaño de los aparatos electrónicos, pues era una de las grandes metas de estos equipos ya que debían ir en un espacio muy reducido.

Dichas miniaturizaciones se hicieron aún más necesarias finalizada la guerra. ¿Recordáis la historia de Goddard y las V2 alemanas? Pues bien, las reservas de V2 que no se habían utilizado durante la guerra cayeron en manos de Van Allen que no hizo otra cosa que quitar la carga explosiva que llevaban y poner equipos destinados a medir la intensidad de los rayos cósmicos. Los resultados obtenidos los emitían en forma de ondas de radio, por lo que podían ser recibidos desde la Tierra. Por supuesto, la experiencia en miniaturizar los equipos fueron esenciales.

Uno de esos V2 llegó hasta 184 km de altura: casi 5 veces más que cualquier globo. En 1949 pusieron un pequeño cohete sobre otro V2. Cuando éste último llegó a su altura máxima, el cohete se desprendió y salió disparado sumando su velocidad a la que ya llevaba. Alcanzó una altura de 385 km. Finalmente, empezaron a llegar a alturas en los que la atmósfera ya era apenas perceptible.

Estos cohetes dieron oportunidad de medir el espectro solar, sobre todo en la gama de ondas cortas: ultravioleta y más allá. La primera experiencia se hizo en 1946 y las V2 empezaron a hacer mediciones de los rayos X. Se detectaron rayos X incluso en la corona solar, lo que confirmó que las temperaturas eran del orden del millón de grados, cosa que el físico sueco Bengt Edlen (1906-93) había dicho ya 6 años antes.

Aunque las V2 hacían un gran servicio, alrededor de 1950 Van Allen empezó a trabajar con unos aparatos que eran una combinación de globos y cohetes llamados “rockoons”, de rocket y balloon que significan cohete y globo respectivamente. La idea era la siguiente: poníamos el cohete atado al globo, elevábamos dicho globo hasta la estratosfera y desde allí poníamos en marcha el cohete con una señal enviada desde tierra. Como la resistencia del aire en ese lugar era mínima, el cohete podía alcanzar alturas que de otro modo hubieran sido necesarios artefactos de mucho mayor tamaño lanzados de forma convencional.

Dos rockoons lanzados en 1953 desde Terranova detectaron niveles de radiación sorprendentemente altos en alturas superiores a los 48 km.

Van Allen empezó a hablar con sus colegas de que los cohetes que llegaban allá arriba estaban muy poco tiempo. Era necesario lanzar un cohete que pudiera salir al espacio y quedarse en él. Si lográbamos acelerar un cohete en paralelo al suelo de la Tierra y alcanzar unos 8 km/s se pondría en órbita, lo que significaría que tendríamos un satélite construido por el hombre o “satélite artificial”.

En 1955 Eisenhower anunció oficialmente que al cabo de dos años se lanzaría un satélite artificial de ese tipo. Dicho proyecto se iba a hacer en conjunto con el Año Geofísico Internacional (AGI) que duraría 18 meses durante uno de los períodos de actividad de manchas solares. Era un programa de investigación concebido a escala internacional. No sólo iba a explorarse el globo terrestre, sino el espacio exterior. Fue todo un éxito. Tomó parte incluso la Unión Soviética y anunció que también iba a poner satélites en órbita.

Fue un golpe muy fuerte para los EEUU que pensaban que la Unión Soviética estaba subdesarrollada en este aspecto cuando cumplieron su palabra lanzando el Sputnik I (sputnik es satélite en ruso) el 4 de marzo de 1957. Un mes más tarde lanzaron el Sputnik II que llevaba un perra viva dentro que se encontraron por las calles de Moscú: la famosa Laika. Fue la primera vez que el hombre puso un ser vivo en órbita. Mediante telemetría se siguieron los latidos de su corazón. Pobre Laika: cuando se acabaron las baterías, después de 100 horas, un mecanismo preparado para ese fin puso una dosis de veneno en su comida (de otro modo hubiera muerto achicharrada al desintegrarse la nave en su reentrada en la atmósfera).

Cuando llegaron estas noticias a EEUU, Van Allen estaba en un barco en el sur del Pacífico camino de la Antártida. Volvió inmediatamente a EEUU para unir sus esfuerzos en el programa Vanguard diseñado para la producción de satélites americanos. El primer satélite americano, el Explorer I, fue lanzado el 31 de enero de 1958 gracias, entre otros, a Wernher Von Braun. Su carga era mucho menor que la de los Sputnik, pero estaba construido con las técnicas de miniaturización de Van Allen, quien consiguió llenarlo con un montón de complejísima instrumentación.

¿Y qué aparatos iba a llevar? Pues los necesarios para medir, otra vez, la intensidad de los rayos cósmicos. Tenía una órbita muy elíptica que iba desde los 350 km por encima de la superficie de la Tierra hasta los 1860 km. Hasta una altura de unos 800 km los contadores registraron el número de partículas esperado, pero al llegar allí detectaron un nivel sorprendentemente alto y más tarde dejaron de funcionar. Lo mismo sucedió con los contadores a bordo del Explorer III y del Sputnik III, lanzados ambos en marzo de 1958. A primera vista, se podría pensar que los contadores de los cohetes se habían estropeado o que las partículas habían disminuido a cero, pero Van Allen sospechó todo lo contrario: eran tantas las partículas que llegaban a los contadores que no habían podido soportarlo.

El 26 de julio de 1958 se lanzó el Explorer IV construido por el grupo de Van Allen. Llevaba un contador con una capa de plomo de forma que sólo pudiera detectar una fracción de las partículas (igual que si lleváramos gafas oscuras para protegernos de la luz demasiado brillante). Los resultados fueron concluyentes: en el espacio exterior existía una cantidad de radiación de alta energía mucho mayor de la que cualquiera hubiera soñado.

Las regiones de radiación de alta energía circundaban la Tierra en las proximidades del Ecuador, curvándose en las regiones polares que, a su vez, no poseen gran cantidad de dichas radiaciones. Estas zonas de radiación de alta energía reciben el famoso nombre de cinturones de Van Allen.

A partir de la forma de la magnetosfera, parecía probable que las partículas que la integraban fueran atrapadas en el campo magnético terrestre, girando en espiral alrededor de esas líneas de fuerza magnética de polo a polo. Este fenómeno se comprobó en agosto de 1958 mediante un proyecto secreto llamado en clave Argus.

En dicho proyecto y gracias a una idea de Nicholas Christofilos (1916-1972) se hizo explotar en diferentes días tres bombas atómicas a 160, 294 y 750 km de altura sobre una región desierta del océano. El público sólo se enteró al año siguiente, cuando se publicaron muchos estudios científicos relacionados.

Dichas bombas produjeron muchos electrones de alta energía. Algunos de ellos fueron guiados hacia arriba a lo largo de las líneas magnéticas, siguiendo esas líneas a través del ecuador y cayeron de nuevo cerca de las islas Azores, donde fue vista una notable aurora artificial en una región donde nunca antes se habían visto auroras. Otros electrones se reflejaron sobre la atmósfera y permanecieron atrapados, creando cinturones de radiación artificiales que decayeron paulatinamente en el transcurso de semanas. Los nuevos cinturones fueron estudiados por el mismo Explorer IV.

Una de estas bombas atómicas puso de manifiesto el hoy temido (por los militares) pulso electromagnético. El 1 de agosto de 1958 era lanzada una bomba W-39 de 3,8 megatones a 77 kilómetros de altura, sobre la isla de Johnston en el Pacífico. Era la prueba TEAK. El avión de observación militar recibió entonces ese pulso electromagnético, viéndose obligado a aterrizar en Hawai “a ciegas” con todo su sistema electrónico destrozado. Los sistemas de comunicación por radio fueron imposibles durante unas 24 horas, hasta tal punto que ni los propios militares sabían si sus compañeros en la isla estaban vivos. Una vez pasado el efecto de TEAK el primer mensaje que recibieron en la isla fue: “¿Están ustedes todavía ahí?” (vía armagedón).

Aparte de los Explorer, Van Allen estuvo también involucrado en las naves espaciales Mariner y Pioneer. Esto se entiende mucho mejor si se tiene en cuenta que durante su carrera fue el investigador jefe de las misiones llevadas a cabo por nada menos que 24 satélites diferentes. Por si fuera poco, también descubrió una nueva luna en Saturno en 1979, así como cinturones de radiación alrededor del mismo planeta.

Se retiró en 1985 de la Universidad de Iowa donde ejerció como profesor de Astronomía.

En 1990 fue lanzado el Combined Release and Radiation Effects Satellite (CRRES) que descubrió un tercer cinturón de Van Allen entre los dos conocidos. En 1998 también detectó otro cinturón producido por la actividad solar del momento, que al cesar, fue desapareciendo paulatinamente.

En palabras del administrador de la NASA, Michael Griffin:

“James Van Allen fue uno de los mayores y mejores científicos espaciales americanos de nuestro tiempo y pocos investigadores han llegado a tener tanta experiencia en tantas disciplinas científicas” y “la exploración del espacio por parte de la NASA están tan avanzada gracias al gran trabajo de base del doctor Van Allen”.

Una pérdida irreparable, sin duda. Descanse en paz.

Actualización: me dice Santiago en un comentario que Laika no murió como lo he escrito, sino de estrés y exposición a temperaturas extremas. Tenéis más información aquí. Creo que fue San Agustín quien dijo que “cuando el hombre se comporta como un animal es peor que el animal”. No dijo, sin embargo, que rara es la vez que no se comporta como tal.

Por otro lado, mirad los comentarios de JCasado, que son realmente interesantes.

Fuentes:
“Enciclopedia Biográfica de Ciencia y Tecnología (Tomo IV)”, Isaac Asimov
“Historia del telescopio”, Isaac Asimov
http://www.astroseti.org/vernew.php?codigo=2394
http://es.wikipedia.org/wiki/Cinturones_de_Van_Allen
http://history.nasa.gov/sputnik/vanallen.html
http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/RADIATION_BELTS/DI160.htm
http://www.editorialbitacora.com/armagedon/argus/argus.htm
http://www-istp.gsfc.nasa.gov/Education/Mhtrap1.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Van_Allen_radiation_belt
http://www.astroseti.org/vernew.php?codigo=2394