James Alfred Van Allen (7 de septiembre de 1914 - 9 de agosto de 2006) fue un físico espacial estadounidense de la Universidad de Iowa . Desempeñó un papel decisivo en el establecimiento del campo de la investigación magnetosférica en el espacio.
Los cinturones de radiación de Van Allen recibieron su nombre en su honor, tras su descubrimiento utilizando instrumentos de tubo Geiger-Müller en los satélites de 1958 ( Explorer 1 , Explorer 3 y Pioneer 3 ) [2] [3] [4] durante el Año Geofísico Internacional . Van Allen lideró la comunidad científica en la colocación de instrumentos de investigación científica en satélites espaciales.
James Van Allen nació el 7 de septiembre de 1914 en una pequeña granja cerca de Mount Pleasant, Iowa . [5] De niño, le fascinaban los dispositivos mecánicos y eléctricos y era un ávido lector de las revistas Popular Mechanics y Popular Science . Una vez horrorizó a su madre al construir una bobina de Tesla que producía chispas de treinta centímetros de largo y le ponía los pelos de punta. [6] [7]
Una beca le permitió continuar estudiando física nuclear en la Institución Carnegie en Washington, DC, donde también se sumergió en la investigación en geomagnetismo , rayos cósmicos , física auroral y la física de la atmósfera superior de la Tierra. [8]
En agosto de 1939, Van Allen se unió al Departamento de Magnetismo Terrestre (DTM) de la Institución Carnegie en Washington, DC como becario de investigación de Carnegie. En el verano de 1940, se unió a los esfuerzos de defensa nacional del DTM con su nombramiento para un puesto de personal en la Sección T con el Comité de Investigación de Defensa Nacional (NDRC) en Washington, DC, donde trabajó en el desarrollo de espoletas fotoeléctricas y de proximidad de radio , que son detonadores que aumentan la eficacia del fuego antiaéreo. Otro proyecto del NDRC más tarde se convirtió en el Proyecto Manhattan de la bomba atómica en 1941. Con el estallido de la Segunda Guerra Mundial, el trabajo de espoleta de proximidad se transfirió al recién creado Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins en abril de 1942. [9] Trabajó en la mejora de la robustez de los tubos de vacío sujetos a la vibración de una batería de armas. El trabajo en el APL resultó en una nueva generación de espoletas de proximidad de radio para la defensa antiaérea de los barcos y para el bombardeo costero.
Van Allen fue nombrado teniente de la Armada de los Estados Unidos en noviembre de 1942 y sirvió durante 16 meses en una sucesión de destructores de la Flota del Pacífico Sur, instruyendo a oficiales de artillería y realizando pruebas en sus espoletas de artillería. Fue oficial de artillería asistente del personal en el acorazado USS Washington cuando el barco se defendió con éxito contra un ataque japonés durante la Batalla del Mar de Filipinas (19-20 de junio de 1944). Por sus acciones en el Pacífico, Van Allen fue galardonado con cuatro estrellas de batalla . [10] Fue ascendido a teniente comandante en 1946. "Mi servicio como oficial naval fue, de lejos, la experiencia más enriquecedora de mi vida", escribió en un ensayo autobiográfico de 1990. [6]
Licenciado de la Marina en 1946, Van Allen regresó a la investigación civil en APL. Organizó y dirigió un equipo en la Universidad Johns Hopkins para realizar experimentos a gran altitud, utilizando cohetes V-2 capturados a los alemanes al final de la Segunda Guerra Mundial . Van Allen decidió que se necesitaba un pequeño cohete sonda para la investigación de la atmósfera superior. El Aerojet WAC Corporal y el misil Bumblebee se desarrollaron bajo un programa de la Marina de los EE. UU. Dibujó especificaciones para el cohete sonda Aerobee y encabezó el comité que convenció al gobierno de los EE. UU. para que lo produjera. El primer Aerobee que transportaba instrumentos fue el A-5, lanzado el 5 de marzo de 1948 desde White Sands, Nuevo México , que transportaba instrumentos para la investigación de la radiación cósmica, alcanzando una altitud de 117,5 km.
Van Allen fue elegido presidente del Panel de la Alta Atmósfera V-2 el 29 de diciembre de 1947. El panel pasó a llamarse Panel de Investigación de Cohetes de la Alta Atmósfera el 18 de marzo de 1948, y luego Panel de Investigación de Cohetes y Satélites el 29 de abril de 1948. El panel suspendió sus operaciones el 19 de mayo de 1960 y se reunió el 2 de febrero de 1968. [11]
El comandante Lee Lewis, el comandante G. Halvorson, SF Singer y James A. Van Allen desarrollaron la idea del Rockoon el 1 de marzo de 1949, durante el crucero de lanzamiento del cohete Aerobee en el buque de investigación USS Norton Sound .
El 5 de abril de 1950, Van Allen dejó el Laboratorio de Física Aplicada para aceptar una beca de investigación de la Fundación Memorial John Simon Guggenheim en el Laboratorio Nacional de Brookhaven . Al año siguiente (1951), Van Allen aceptó el puesto de director del departamento de física de la Universidad de Iowa. En poco tiempo, estaba reclutando estudiantes para sus esfuerzos por descubrir los secretos del lejano cielo azul e inventando formas de llevar instrumentos a mayor altura en la atmósfera que nunca antes. En 1952, Van Allen fue el primero en idear una combinación de globo y cohete que elevaba cohetes en globos muy por encima de la mayor parte de la atmósfera de la Tierra antes de dispararlos aún más alto. Los cohetes se encendían después de que los globos alcanzaran una altitud de 16 kilómetros.
Como informó más tarde la revista Time , "los ' Rockoons ' de Van Allen no podían ser disparados en Iowa por temor a que los cohetes gastados impactaran a un habitante de Iowa o a su casa". Así que Van Allen convenció a la Guardia Costera de los Estados Unidos para que le permitiera disparar sus Rockoons desde el rompehielos Eastwind que se dirigía a Groenlandia . "El primer globo se elevó correctamente a 70.000 pies, pero el cohete que colgaba debajo de él no se encendió. El segundo Rockoon se comportó de la misma manera enloquecedora. Con la teoría de que el frío extremo a gran altitud podría haber detenido el mecanismo que supuestamente debía encender los cohetes, Van Allen calentó latas de jugo de naranja, las introdujo de contrabando en la góndola del tercer Rockoon y envolvió todo en material aislante. El cohete se encendió".
En 1953, los Rockoons y sus cargas útiles científicas disparadas desde Terranova detectaron el primer indicio de cinturones de radiación que rodeaban la Tierra. La técnica de bajo costo de los Rockoons fue utilizada más tarde por la Oficina de Investigación Naval y los grupos de investigación de la Universidad de Iowa en 1953-1955 y 1957, desde barcos en el mar entre Boston y Thule, Groenlandia . [12] [13]
En 1954, en una discusión privada sobre el proyecto Redstone con Ernst Stuhlinger , Wernher von Braun expresó su creencia de que deberían tener un "científico real y honesto" involucrado en su pequeño proyecto de satélite no oficial. Stuhlinger continuó con una visita a Van Allen en su casa en Princeton, Nueva Jersey , donde Van Allen estaba de licencia sabática de Iowa para trabajar en el diseño de un estelarizador . Van Allen contó más tarde: "El mensaje de Stuhlinger de 1954 fue simple y elocuente. En virtud de los desarrollos de misiles balísticos en la Agencia de Misiles Balísticos del Ejército (ABMA) , era realista esperar que dentro de un año o dos un pequeño satélite científico pudiera ser propulsado a una órbita duradera alrededor de la Tierra ( Proyecto Orbiter )... Expresé un gran interés en realizar un estudio mundial de la intensidad de los rayos cósmicos sobre la atmósfera". [14] : 2
En 1950 ocurrió un acontecimiento que comenzó siendo pequeño pero que afectaría al futuro de Van Allen y de todos sus compatriotas. En marzo, el físico británico Sydney Chapman visitó a Van Allen y le comentó que le gustaría conocer a otros científicos de la zona de Washington. Van Allen se puso al teléfono y pronto reunió a ocho o diez científicos de primer nivel ( Lloyd Berkner , S. Fred Singer y Harry Vestine ) en la sala de estar de su pequeña casa de ladrillo. "Fue lo que podríamos llamar una sesión de debate de pedigrí", dice... La conversación giró en torno a la geofísica y los dos " Años Polares Internacionales " que habían convocado a las principales naciones del mundo para estudiar las regiones ártica y antártica en 1882 y 1932. Alguien sugirió que con el desarrollo de nuevas herramientas como cohetes, radares y computadoras, había llegado el momento de celebrar un año geofísico mundial. Los demás hombres se mostraron entusiasmados y su entusiasmo se extendió por todo el mundo desde Washington DC. A partir de esta reunión, Lloyd Berkner y otros participantes propusieron al Consejo Internacional de Uniones Científicas que se planeara un Año Geofísico Internacional para 1957-58 (durante la máxima actividad solar)... El Año Geofísico Internacional (1957-58) estimuló al gobierno de los Estados Unidos a prometer satélites terrestres como herramientas geofísicas. El gobierno soviético respondió enviando rápidamente sus Sputniks a la órbita. Se puede decir que la carrera espacial comenzó en la sala de estar de Van Allen esa noche de 1950.
— Tiempo , 1959
En 1955, Estados Unidos anunció el Proyecto Vanguard como parte de su contribución al Año Geofísico Internacional . Vanguard planeaba lanzar un satélite artificial a una órbita alrededor de la Tierra. Sería operado por la Armada de Estados Unidos y desarrollado a partir de cohetes de sondeo , que tenían la ventaja de ser utilizados principalmente para experimentos científicos no militares. [15]
El 26 y 27 de enero de 1956 se celebró en la Universidad de Michigan un simposio sobre "Los usos científicos de los satélites terrestres" , patrocinado por el Panel de Investigación de Cohetes de la Atmósfera Superior, presidido por el Dr. Van Allen. Se presentaron 33 propuestas científicas para su inclusión en los satélites del IGY. La presentación de Van Allen destacó el uso de los satélites para continuar las investigaciones sobre rayos cósmicos. En esa misma época, su Grupo de Iowa comenzó los preparativos para los instrumentos de investigación científica que serían transportados por los " Rockoons " y Vanguard para el Año Geofísico Internacional. Gracias a "la preparación y la buena suerte", como escribió más tarde, esos instrumentos científicos estuvieron disponibles para su incorporación en los lanzamientos del IGY de 1958 del Explorer y el Pioneer .
El número del 4 de mayo de 1959 de la revista Time atribuyó a James Van Allen la responsabilidad principal de haber dado a Estados Unidos "una gran ventaja en materia de logros científicos". Llamaron a Van Allen "una figura clave en la competencia por el prestigio de la guerra fría... Hoy puede inclinar la cabeza hacia atrás y mirar el cielo. Más allá de su extremo azul se encuentran los cinturones de feroz radiación que abarcan el mundo y que llevan su nombre. Ningún nombre humano ha sido jamás dado a una característica más majestuosa del planeta Tierra".
James Van Allen, sus colegas, asociados y estudiantes de la Universidad de Iowa continuaron enviando instrumentos científicos a cohetes sonda, satélites terrestres ( Explorer 52/Hawkeye 1 ) y naves espaciales interplanetarias, incluidas las primeras misiones ( programa Pioneer , programa Mariner , programa Voyager , nave espacial Galileo ) a los planetas Venus, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Sus descubrimientos aportaron segmentos importantes al conocimiento mundial de partículas energéticas, plasmas y ondas de radio en todo el Sistema Solar .
Van Allen fue el investigador principal de las investigaciones científicas en 24 satélites terrestres y misiones planetarias.
Van Allen dejó el cargo de director del departamento de física y astronomía en 1985, pero continuó trabajando en la Universidad de Iowa como profesor emérito de Física Carver. El 9 de octubre de 2004, la Universidad de Iowa y la Asociación de Antiguos Alumnos de la UI organizaron una celebración para honrar a Van Allen y sus numerosos logros, y en reconocimiento a su 90 cumpleaños. Las actividades incluyeron una serie de conferencias invitadas, una conferencia pública seguida de una recepción con pastel y ponche, y un banquete por la noche con la asistencia de muchos de sus antiguos colegas y estudiantes. En agosto de 2005, se inauguró una escuela primaria que lleva su nombre en North Liberty, Iowa . También hay una escuela primaria Van Allen en Escalon, CA. [16]
En 2009, se programó la demolición de la casa de la infancia de Van Allen en Mt. Pleasant, que en su día se había utilizado como museo. [17] El nuevo propietario, Lee Pennebaker, decidió no demoler la casa. La donó al Henry County Heritage Trust, que planea trasladar la casa al lado de la antigua escuela Saunders, que albergará el museo del condado de Henry. [18]
La esposa de Van Allen durante 61 años fue Abigail Fithian Halsey II de Cincinnati (1922-2008). Se conocieron en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins (JHU/APL) durante la Segunda Guerra Mundial. Se casaron el 13 de octubre de 1945 en Southampton, Long Island. Sus cinco hijos son Cynthia, Margot, Sarah, Thomas y Peter. [19]
El 9 de agosto de 2006, James Van Allen murió en los Hospitales Universitarios de Iowa City por insuficiencia cardíaca . [20] [21]
El profesor Van Allen y su esposa Abigail están enterrados en Southampton, Nueva York, donde nació la Sra. Van Allen y la pareja se casó. [22]
Abigail M. Foerstner escribió una biografía James van Allen: The First Eight Billion Miles , publicada por University of Iowa Press en 2007 con una edición de bolsillo en 2009. [23] [24] [25]
Las sondas Van Allen, inicialmente denominadas sondas de tormentas del cinturón de radiación (RBSP), fueron rebautizadas en 2012 en honor al Dr. Van Allen. [31] Gestionada por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA [31] e implementada por el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins, [32] la misión fue parte del programa Living With a Star . Diseñadas para una misión principal de dos años, las sondas superaron las expectativas al operar durante siete años, demostrando una resiliencia significativa contra la radiación en los cinturones de la Tierra. [32]
En colaboración con el Balloon Array for RBSP Relativistic Electron Losses (BARREL), las sondas estudiaron partículas de los cinturones que llegan a la atmósfera de la Tierra. [33] Lanzada el 30 de agosto de 2012, a bordo de un cohete Atlas V 401 contratado a United Launch Alliance (ULA), la misión se retrasó inicialmente debido al clima y al huracán Isaac . [34]
La misión concluyó con la desactivación de la sonda Van Allen B en julio de 2019 y de la sonda A en octubre de 2019, [32] tras la reducción de sus órbitas para facilitar el reingreso atmosférico en 2034 como medida contra los desechos orbitales. [35]
Las sondas Van Allen han contribuido significativamente a la comprensión del clima espacial y su impacto en la Tierra. Entre los descubrimientos clave se encuentran la dinámica de los cinturones de radiación de Van Allen y el papel de la actividad solar en la influencia del clima espacial. Los hallazgos de la misión destacaron cómo estos cinturones de radiación se expanden y se encogen con el tiempo, respondiendo a las erupciones solares e impactando en fenómenos terrestres como las auroras, la funcionalidad de los satélites, las redes eléctricas y las comunicaciones GPS. [36]
Un descubrimiento notable en febrero de 2013 fue la aparición transitoria de un tercer cinturón de radiación de Van Allen, que duró unas pocas semanas y proporcionó nuevos conocimientos sobre la estructura y la dinámica de los cinturones. [37] Las sondas también revelaron el comportamiento a largo plazo de la corriente de anillo de la Tierra, un componente importante de la magnetosfera. Los hallazgos indicaron una corriente de anillo persistente y sustancial alrededor de la Tierra incluso durante períodos sin tormentas, transportada por protones de alta energía. Durante las tormentas geomagnéticas, se demostró que el aumento de la corriente de anillo se debía a protones de baja energía que ingresaban en la región cercana a la Tierra, lo que desafiaba los conocimientos previos. [38]
Ochenta años después de la Segunda Expedición Byrd, la misión de la NASA, Balloon Array for RBSP Relativistic Electron Losses (BARREL), comenzó a estudiar los cinturones de radiación de Van Allen de la Tierra en la Antártida (Polo Sur), gestionada por el Dartmouth College . BARREL lanzó 20 globos desde la Antártida durante cada una de las dos campañas de globos en enero-febrero de 2013 y diciembre de 2013-febrero de 2014. Estos datos científicos complementarán los datos de las sondas Van Allen durante la misión de dos años.
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