Científicos argentinos logran monitorear la atmósfera terrestre usando rayos cósmicos

Especialistas del CONICET en el Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET -UBA), del Instituto Antártico Argentino (IAA) y del Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos (DCAO-FCEN, UBA) demostraron que un detector de rayos cósmicos llamado Neurus - que fue construido en los laboratorios espaciales del IAFE e instalado en la Base Antártica Conjunta Marambio-, puede usarse no solo para estudiar el espacio sino, también, como una herramienta para monitorear la atmósfera terrestre.

Los rayos cósmicos son partículas subatómicas que viajan a través del espacio a velocidades cercanas a la de la luz en el vacío. Este flujo de partículas está compuesto principalmente por protones y núcleos atómicos que todo el tiempo impactan contra la atmósfera terrestre. Al chocar con los gases atmosféricos, estas partículas desencadenan una cascada o lluvia de partículas secundarias que, finalmente, alcanzan el suelo, permitiendo estudiarlas mediante detectores especializados en la superficie.

“El dispositivo consiste principalmente en un tanque de agua ultrapura equipado con un sensor de alta sensibilidad capaz de detectar y amplificar estos pulsos de luz extremadamente tenues. Dado que estas señales duran apenas unas decenas de nanosegundos, el sistema electrónico de adquisición de datos es de frontera, permitiendo medir con precisión cuántas partículas llegan y cuánta energía deposita cada una, capturando algo así como la ‘huella digital’ de la partícula observada”, comentó Noelia Santos, licenciada en Ciencias Físicas y doctora en Ciencias de la Atmósfera de la UBA.

“Debido a este gran volumen de información y a las limitaciones de conectividad, los datos se almacenan localmente en la Antártida y solo se transmite una síntesis procesada al continente en tiempo real”, agregó la principal autora del estudio, en una nota recientemente publicada en la revista Earth and Space Science, una de las de mayor relevancia de la American Geophysical Union (AGU).

Proyecto Neurus: varias etapas de trabajo

El proyecto Neurus actual requirió una coordinación compleja que abarcó varias etapas críticas. Una fue de Desarrollo Tecnológico: el detector fue construido íntegramente en los laboratorios espaciales del IAFE, mejorando diseños previos de este tipo de detectores. Además, se llevaron a cabo varios estudios atmosféricos específicos en colaboración con el DCAO para entender el entorno del sitio.

“En este estudio, utilizamos un detector en la Antártida para medir los rayos cósmicos e investigar su relación con los cambios atmosféricos. Observamos una fuerte correlación entre los niveles de rayos cósmicos y la presión atmosférica a unos 15 km. de altitud. A partir de esto, desarrollamos un modelo para estimar esta variable utilizando datos a nivel del suelo", explicó Sergio Dasso, doctor en Ciencias Físicase e investigador del CONICET en el IAFE y profesor en el Departamento Ciencias de la Atmósfera y los Océanos (DCAO-FCEyN-UBA),

"Este enfoque ofrece un método potencialmente práctico y rentable para monitorear la baja estratosfera en la Antártida, una región de particular interés debido a su comportamiento único y dinámico, que desempeña un papel fundamental en los procesos atmosféricos globales”, agregó el coautor del trabajo.

La Infraestructura de Precisión fue otro de los pilares. El sistema cuenta con tecnología de frontera, como el estampado de tiempo para cada partícula con resolución de 10 nanosegundos, gracias a la sincronización por GPS y por electrónica basada en FPGA, o el sistema de telemetría para la transmisión de datos hacia nuestros servidores en el IAFE que logra disponer en nuestros servidores del IAFE en forma casi instantánea los datos que se miden en Antártida.

“Este desarrollo es pionero y original, ya que no existen otros observatorios de estas características operando actualmente en suelo antártico. Los resultados que encontramos consolidan una perspectiva innovadora: el uso de los rayos cósmicos como sensores ambientales de precisión, abriendo nuevas vías para monitorear y entender mejor las componentes antárticas de la circulación global y los desafíos que plantea la evolución del clima desde la física de frontera”, concluyó Santos.

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