Física espacial: “Como es abajo, es arriba”

Un equipo de investigación interdisciplinario mostró cómo los rayos cósmicos medidos en superficie, a través de detectores Cherenkov adaptados a bajas energías, pueden utilizarse para inferir cambios en la atmósfera a 15 kilómetros de altura. El método permite monitorear la estratósfera sin radiosondeos ni instrumentos costosos y contribuir al estudio de la atmósfera antártica.

Para entender qué pasa en la atmósfera, ya no será necesario mirar únicamente hacia arriba. Un equipo de investigación interdisciplinario de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA y el CONICET desarrolló un modelo que permite estimar lo que sucede a 15 kilómetros de altura a partir de datos recolectados en superficie.

El método se basa en el análisis de rayos cósmicos medidos en superficie por un detector Cherenkov en agua -adaptado a bajas energías- y permite monitorear la estratósfera de manera continua, sin necesidad de radiosondeos ni instrumentos costosos.

Entre 2020 y 2023, el grupo analizó los datos provistos por Neurus, el primer detector de rayos cósmicos instalado en 2019 en la base antártica Marambio. A partir de esas mediciones en superficie, construyeron un modelo que permitió estimar la altura geopotencial en torno a los 15 kilómetros, vinculando el flujo de partículas detectadas con la presión atmosférica. Así lograron cuantificar cómo se relacionan los cambios en esa capa de la atmósfera con las mediciones del detector.

En la base Marambio, el SMN realiza radiosondeos semanales mediante globos equipados con sensores que miden presión, temperatura, humedad y viento, alcanzando hasta 20 km de altura.

“Las partículas que registramos en superficie son el resultado de la interacción entre los rayos cósmicos que ingresan a la Tierra y la atmósfera. La variabilidad de los datos son una ensalada de efectos de la actividad solar, fenómenos atmosféricos y de la magnetósfera. La idea es filtrar esos datos que nos muestra el detector para interpretar cómo influyen las condiciones atmosféricas”, señala Noelia Santos, autora principal del paper y reciente doctora en Ciencias de la Atmósfera.

El equipo de investigación se completó con Nahuel Gómez -segundo autor del paper y licenciado en Ciencias de la Atmósfera-; Sergio Dasso -director del Instituto de Astronomía y Física del Espacio y profesor del Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos en Exactas UBA-; Adriana Gulisano -directora del Departamento de Ciencias de la Atmósfera del Instituto Antártico Argentino y docente del Departamento de Física en Exactas UBA-; Lucas Rubinstein -ingeniero en electrónica del IAFE y docente de la Facultad de Ingeniería UBA-; Matias Pereira -ingeniero en tecnologías de la información del IAFE- y Omar Areso -técnico superior en robótica del IAFE-.

Noelia Santos y Sergio Dasso. Fotografía: Luiza Cavalcante.

Monitoreo continuo

En la base Marambio, el Servicio Meteorológico Nacional (SMN) realiza radiosondeos semanales mediante globos con helio equipados con sensores que miden presión, temperatura, humedad y viento, alcanzando hasta 20 kilómetros de altura. Estos lanzamientos permiten conocer el perfil vertical de la atmósfera, pero su frecuencia limita el seguimiento continuo. El modelo desarrollado introduce una diferencia clave: permite contar con datos de manera permanente, sin depender de esos lanzamientos.

Para validar los resultados, el equipo comparó sus estimaciones con datos del SMN y del reanálisis atmosférico ERA5, del European Centre for Medium-Range Weather Forecasts. De esta manera, encontraron que el modelo funciona mejor en primavera. “Cuando termina el invierno e ingresa la luz solar, se debilita el vórtice polar y empiezan a haber variabilidades más grandes que podemos medir mejor”, explica Santos.

Los rayos cósmicos pueden funcionar como sensores ambientales, capaces de aportar información clave para el estudio de la atmósfera, la circulación global y el cambio climático.

El vórtice polar es un sistema de baja presión y aire frío que aísla el aire antártico del resto de la atmósfera. Ese aislamiento mantiene temperaturas muy bajas, favorece reacciones químicas que destruyen el ozono e impide su reposición desde otras latitudes. Por eso, cada primavera antártica, el agujero de ozono se intensifica.

Reconocimiento internacional

El trabajo fue publicado en la revista científica Earth and Space Science de la American Geophysical Union (AGU), una de las organizaciones científicas de mayor relevancia a nivel internacional. Además, el estudio fue destacado en la revista Eos. La investigación fue resaltada por su carácter innovador al conectar la física de partículas con el monitoreo atmosférico.

El estudio refuerza además una idea en crecimiento: los rayos cósmicos pueden funcionar como sensores ambientales, capaces de aportar información clave para el estudio de la atmósfera, la circulación global y el cambio climático.

En un contexto donde el monitoreo atmosférico es clave para entender fenómenos globales, el desarrollo de herramientas más simples y económicas marca una diferencia sustancial. En ese cruce entre disciplinas, los rayos cósmicos dejan de ser solo un objeto de estudio de la física para convertirse también en una nueva ventana para observar la atmósfera.

Autor: Javier Massa

Fuente: nexciencia