21 de enero de 2009

Rayos cósmicos revelan secretos de la alta atmósfera

Imagen: Fermilab Visual Media Services

Rayos cósmicos detectados a casi un kilómetro en las profundidades de un mina de hierro abandonada en los Estados Unidos, pueden ser utilizados para detectar grandes eventos climáticos que ocurren a 30 kilómetros por encima, en la alta atmósfera de la Tierra, según revela un nuevo estudio realizado por un equipo científico internacional.

Publicado en la revista Geophysical Research Letters y liderado por científicos del Centro Nacional de Ciencias Atmosféricas del Reino Unido (NCAS) y del Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (STFC), este notable estudio demuestra cómo el número de rayos cósmicos de alta energía que alcanzan un detector bajo tierra a gran profundidad, coincide muy bien con las medidas de temperatura de la alta atmósfera (conocida como estratósfera).

Por primera vez, los científicos han demostrado cómo puede usarse esta relación para identificar eventos climáticos que ocurren súbitamente en la estratósfera, durante el invierno boreal. Estos eventos pueden tener un efecto significativo en la severidad de los inviernos que se experimentan y, también, en la cantidad de ozono sobre los polos. Ser capaces de identificarlos y comprender su frecuencia es crucial para informar a nuestros modelos climáticos actuales y de predicción del clima para mejorar esas predicciones.

Trabajando en colaboración con un gran experimento de física de partículas de los Estados Unidos llamado MINOS (administrado por el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi del Departamento de Energía de los Estados Unidos), los científicos analizaron un registro de cuatro años de datos de rayos cósmicos detectados en una mina de hierro abandonada, localizada en el estado de Minnesota, en los Estados Unidos.

Lo que han observado fue una relación asombrosamente próxima entre los rayos cósmicos y la temperatura estratosférica - esto es lo que ellos pueden comprender: los rayos cósmicos, conocidos como muones se producen tras el decaimiento de otros rayos cósmicos, conocidos como mesones. Al incrementar la temperatura de la atmósfera, ésta se expande de tal forma que se destruyen menos mesones en el impacto con el aire, dejando que más de ellos decaigan naturalmente en muones.

Por consiguiente, si aumenta la temperatura también lo hace el número de muones detectados.

Lo que sorprendió a los científicos, no obstante, fueron los aumentos súbitos e intermitentes observados en los niveles de muones durante los meses de invierno. Estos saltos en los datos tuvieron lugar en sólo unos pocos días. En la investigación, encontraron que estos cambios coincidían con incrementos muy súbitos en la temperatura de la estratosfera (¡en algunos lugares, de hasta 40 C!). Observando en mayor detalle los datos meteorológicos de apoyo, se dieron cuenta que estaban observando un gran evento climático, conocido como Calentamiento Estratosférico Súbito. En media, éstos ocurren una vez al año y son notablemente impredecibles. Este estudio ha demostrado, por primera vez, que los datos de rayos cósmicos pueden usarse de forma efectiva para identificar estos eventos.

El Dr. Scott Osprey, científico líder del Centro Nacional de Ciencia Atmosférica, dijo: "Hasta ahora dependíamos de los balones climáticos y de datos satelitales para proporcionar información sobre estos grandes eventos climáticos. Ahora podemos potencialmente usar los registros de datos de rayos cósmicos de los últimos 50 años para que nos den una idea bastante precisa de lo que sucedió con la temperatura en la estratósfera durante ese tiempo. Esperamos que los datos que están siendo recopilados por otros grandes detectores subterráneos de todo el mundo, también puedan usarse para estudiar este fenómeno".

El Dr. Giles Barr, coautor del estudio de la Universidad de Oxford, añade: "Es divertido establecerse a casi un kilómetro por debajo del suelo haciendo física de partículas. Es aún mejor saber que desde allí abajo, podemos también monitorear una parte de la atmósfera que de otro modo sería difícil de medir ".

Es además interesante que el conjunto de datos de rayos cósmicos de muones usado en este estudio fue recopilado por un subproducto del experimento MINOS, el cual se diseñó para investigar las propiedades de los neutrinos, pero que también mide los muones originados en la atmósfera, como ruido de fondo del detector. Tener acceso a estos datos ha llevado a la producción de un valioso conjunto de datos de gran beneficio para los investigadores climáticos.

La Profesora Jenny Thomas, portavoz de MINOS del University College de Londres dijo que "Lo que queremos responder con MINOS está relacionado con las propiedades de partículas fundamentales llamadas neutrinos, las cuales son un ingrediente crucial en nuestro modelo actual del Universo pero, como sucede a menudo, manteniendo la mente abierta sobre los datos recopilados, el equipo de científicos ha sido capaz de encontrar otro beneficio inesperado que ayuda a nuestra comprensión del clima y de los fenómenos climáticos".

El Dr. Osprey comentó: "Este estudio es un gran ejemplo de lo que puede hacerse gracias a las colaboraciones internacionales y a la investigación interdisciplinaria. Es difícil imaginar qué otros secretos esperan por ser revelados".

(jg) (mg)

Más información en:
http://www.stfc.ac.uk/