Tormentas solares (I): ¿una catástrofe en nuestras cabezas?

Es difícil hablar de las tormentas solares sin mostrar una cierta prevención al catastrofismo. A veces se nos pinta el fin del mundo, otras parece simplemente una amenaza propia de un comic. Si lo que nos preocupa es un fin apocalíptico de la tierra engullida por llamaradas solares podemos estar tranquilos. El riesgo va a provenir de la terrible dependencia de la energía electrica en nuestra actividad diaria, ni más.....ni menos!.

Lo cierto es que la amenaza está ahí, no sólo en algunas cabezas sino sobre nuestras cabezas. ¿Qué es lo que pasaría si una tormenta solar alcanzara la tierra?.

La actividad solar

El Sol es una estrella y como tal tiene forma esférica, además tiene un movimiento de rotación muy lento lo que hace que tenga un leve achatamiento polar como la Tierra. Debido a su propia fuerza gravitatoria toda la materia que lo constituye es atraída hacia su centro, sin embargo la presión en el interior solar compensa esta atracción gravitatoria y esto genera que el plasma que compone el sol se encuentre en un equilibrio hidrostático. Las grandes presiones del interior son motivadas por la densidad del material del núcleo y las enormes temperaturas que provocan las reacciones termonucleares que allí se producen. Además de la contribución térmica, está también la de origen fotónico o presión de radiación que es causada por el ingente flujo de fotones emitidos en su centro. El Sol presenta una estructura en capas esféricas o en "capas de cebolla". La frontera física y las diferencias químicas entre las distintas capas son difíciles de establecer. Sin embargo, se puede determinar una función física que es diferente para cada una de las capas. En la actualidad, la astrofísica dispone de un modelo de estructura solar que explica satisfactoriamente la mayor parte de los fenómenos observados. Según este modelo, el Sol está formado por: 1) núcleo, 2) zona radiante, 3) zona convectiva, 4) fotosfera, 5) cromosfera, 6) corona, 7) manchas solares, 8) granulación y 9) viento solar.
«Afiche del sol» por Kelvinsong - Trabajo propio. Disponible bajo la licencia CC BY-SA 3.0 vía Wikimedia Commons.

«Afiche del sol» por Kelvinsong - Trabajo propio. Disponible bajo la licencia CC BY-SA 3.0 vía Wikimedia Commons.

.../... leer más

La fotosfera es la zona donde se emite la luz visible del Sol. La fotosfera se considera como la «superficie» solar y, vista a través de un telescopio, se presenta formada por gránulos brillantes que se proyectan sobre un fondo más oscuro. El sol es gaseoso y la fotosfera algo transparente, se considera que tiene unos 100 o 200 km. de profundidad. Un fotón tarda un promedio de 10 días desde que surge de la fusión de dos átomos de hidrógeno en el núcleo, en atravesar la zona radiante y un mes en recorrer los 200 000 km de la zona convectiva, empleando tan solo unos 8 minutos y medio en cruzar la distancia que separa la Tierra del Sol. No se trata de que los fotones viajen más rápidamente, sino que en el exterior del Sol el camino de los fotones no se ve obstaculizado por los continuos cambios, choques, quiebros y turbulencias que experimentaban en el interior del Sol. La corona solar está formada por las capas más tenues de la atmósfera superior solar. Su temperatura alcanza los millones de grados kelvin, una cifra muy superior a la de la capa anterior, la fotosfera. Como resultado de su elevada temperatura, desde la corona se emite gran cantidad de energía en rayos X. La superficie solar está en constante actividad electromagnética que se manifiesta a través de grandes explosiones, superiores en tamaño e intensidad a millones de bombas atómicas. Estas explosiones liberan millones de toneladas de plasma con carga electromagnética a través de todo el sistema solar. Los gases de viento solar van acompañados de campos magnéticos que les dan forma y proporcionan energía.  Se producen explosiones de partículas de altas energías e intensos rayos X debido a los cambios del campo magnético. El ciclo de actividad solar es de 11 años en el que la actividad magnética, la aparición de manchas solares y otros fenómenos pasan por diferentes fases de menor o mayor actividad. El ciclo actual es el ciclo solar 24 desde que se empezó a medir en 1755 y comenzó en enero de 2008. En el año 2013 el ciclo llegó a su etapa de actividad máxima. En los últimos 11 años se han detectado en la superficie del Sol unas 13.000 nubes de plasma y unas 21.000 llamaradas solares. ciclos-solaresLas llamaradas solares son explosiones gigantes en el sol que envían partículas de energía, de luz y a alta velocidad al espacio. Estas llamaradas a menudo se asocian con tormentas magnéticas solares conocidas como eyecciones de masa coronal (CMEs). Las llamaradas se clasifican de acuerdo a su fuerza o el pico del flujo (en watios por metro cuadrado, W/m2) de 1 a 8 Ångströms de rayos X, en un punto próximo a la tierra, medidos a bordo del satélite GOES-15 en orbita geoestacionaria sobre el Oceano Pacífico. Las llamaradas más pequeñas son las de clase A (niveles de fondo), seguidas de B, C, M y X. De manera similar a la escala de Richter para los terremotos, cada letra representa un aumento de 10 veces en la producción de energía. Así que un llamarada de clase X es diez veces una M, 100 veces una C y 1000 veces una B. Dentro de cada clase hay una escala logarítmica más fina de 1 a 9, por lo que se habla de tormentas M8, X5, etc. En el caso de las llamaradas X la escala continua más allá del 9 hacia las llamadas Super X. Se considera que las llamaradas superiores a M5 y las más grandes llamaradas las "llamaradas de clase X" son capaces de provocar efectos dañinos en la Tierra si se producen una serie de condiciones. Imagen de previsualización de YouTube  

El evento Carrington

Nadie vivo hoy ha experimentado una tormenta solar de gran intensidad. La interacción más violenta nunca registrada fue la ocurrida en 1859 conocida como evento Carrington por el astrónomo que la estudio. Los aumentos bruscos de nitratos en el hielo de la Antártida y Groenlandia se corresponden con intensas ráfagas de vientos solares. Investigadores de la Universidad de Maryland han encontrado como la anomalía de nitratos de 1859 es la mayor en 500 años y equivale a la suma de episodios más importantes en los últimos 40 años. En el año 1859 se produjo una gran llamarada solar o eyección de masa coronal. Se observaron a partir del 28 de agosto auroras boreales por todo Estados Unidos, desde Maine hasta Florida y que llegaban al sur hasta el Caribe. Incluso en Cuba los capitanes de los barcos registraron en las bitácoras la aparición de luces cobrizas cerca del cenit. Se podía leer el periódico bajo la luz entre roja y verdosa de las auroras, mientras que los mineros de oro de las Montañas Rocosas se levantaron y almorzaron de madrugada, creían que el sol salía detrás de una cortina de nubes. El pico de intensidad fue el 1 y 2 de septiembre y provocó que fallaran los telégrafos en toda Europa y América del Norte que había comenzado a funcionar escasamente 16 años antes. Los cables del telégrafo sufrieron cortes y cortocircuitos que provocaron numerosos incendios. Se obsevaron auroras boreales en Roma o Madrid, e incluso en zonas de baja latitud como La Habana y Hawai. El Diario de Menorca recogió:

Anteayer a hora avanzada de la noche vio una persona fidedigna dos auroras boreales, que si bien eran más diminutas que la que vimos años atrás no dejaron de causar un efecto maravilloso

J. Hospitaler, Diario de Menorca - Año 2 Número 237 (04/09/1859)

Si la tormenta de Carrington no tuvo consecuencias brutales fue debido a que nuestra civilización tecnológica estaba en sus comienzos. Las auroras boreales son la parte "artística" de las tormentas solares. Gracias al video publicada en la web de SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), sonda espacial lanzada en 1995 para estudiar el sol en el marco de un proyecto de cooperación entre la ESA (Agencia Espacial Europea) y la NASA (Agencia norteamericana), veamos como se forman: Imagen de previsualización de YouTube Según la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) norteamericana y su fantástico Centro de Predicción del tiempo espacial, donde también podemos ver la observación del sol en tiempo real,  a lo largo del ciclo 24 en el que nos encontramos y con los datos disponibles hasta el 30 de enero se han registrado 28 llamaradas X, y 39 llamaradas M superiores a llamaradas M5. La más importante registrada en este ciclo fue una X6.9 del 9 de agosto del 2011 que, sin embargo, no produjo grandes efectos en la tierra porque la erupción y la EMC no apuntaron a la Tierra y toda la materia expulsada se diseminó en el espacio. Se produjeron olas de ionización interrumpiendo brevemente las comunicaciones radiofónicas en algunas frecuencias de HF alta frecuencia y VLF muy baja frecuencia. Sin embargo el 5 de agosto de 2011, la nube combinada de tres eyecciones de masa coronal produjo auroras boreales que en Estados Unidos pudieron divisarse desde latitudes tan al sur como Utah, Colorado, Oklahoma y Alabama. En Europa, hubo observaciones desde Inglaterra, Alemania y Polonia. En el hemisferio sur las auroras australes cubrieron los cielos de Sudáfrica, el sur de Chile y Australia meridional. La tormenta geomagnética desencadenante del espectáculo celeste, la más potente en años, alcanzó un nivel G4 (severo). Las EMC fueron lanzadas por tres fulguraciones de clase M:  M1,4 (2 de agosto), M6,0 (3 de agosto) y M9,3 (4 de agosto). Un ejemplo reciente de la virulencia de una tormenta solar ocurrió en marzo de 1989 donde la ciudad de Quebec quedó sin fluido electrico durante 36 horas. La compañia Hydro-Quebec quedó totalmente inoperativa con un apagón completa en 92 segundos. Seis millones de personas se vieron arrojadas al frio y la oscuridad. Sin embardo debemos concluir que se tienen que dar una serie de condiciones, además de una determinada potencia de la EMC, para que se produzcan efectos sobre la Tierra.

Los efectos de las tormentas solares

Ya hemos visto como el sol puede producir:

Radiación solar

El sol emite continuamente un flujo de radiación  en forma de partículas cargadas que forman el plasma del viento solar. Los eventos con partículas solares liberan gran cantidad de partículas de alta energía, protones y electrones, que viajan a fracciones de la velocidad de la luz y pueden llegar a la Tierra entre 30 minutos y varias horas.

Llamaradas solares

Una llamarada se producirá repentinamente, con un intenso brillo en una región del sol que puede durar varios minutos u horas. Las llamaradas se detectan como áreas brillantes en longitudes de onda visibles o como potentes explosiones en longitudes de onda de radio. La fuente primaria de energía de las llamaradas es la rotura y reconexión de campos electromagnéticos. La emisión electromagnética viaja a la velocidad de la luz y puede alcanzar la tierra en unos 8 minutos, afectando rápidamente al lado día o cara de la Tierra expuesta al sol.

Eyecciones de masa coronal

Las eyecciones de masa de la corona del sol son estallidos explosivos de plasma de la corona. Una CME suele arrojar billones de toneladas de materia a una velocidad de cientos de kilómetros por segundo. Una CME contiene partículas de radiación (protones y electrones) y potentes campos magnéticos. En contraste con las llamaradas solares, las CMEs no son particularmente brillantes, pueden tomarles horas erupcionar completamente del sol y suele llevarles entre 1 a 4 días llegar a la tierra.

Escala de tiempo ¿Cual será por tanto la secuencia de una llamarada solar, que efectos producirá y en que condiciones afectará a la tierra?
  1. Radio Blockouts

gpsradio

A los 8 minutos de producirse la llamarada en el sol, se produce una variación en el flujo de rayos X en la tierra que pueden ionizar una zona cualquiera de la atmósfera terrestre provocando distorsiones de radio en amplias zonas del planeta, este fenómeno se llama Radio Blockouts y puede durar de pocos minutos a un par de horas. Corresponde a la escala R de la NOAA. bloqueos-de-radio

2. Radiación Solar

Después se produce un incremento del flujo de protones en nuestra estratosfera desencadenándose la "tormenta de radiación solar" que es la que puede afectar a los astronautas o tripulaciones de vuelos en muy altas latitudes del planeta. Corresponde a la escala S de la NOAA.

astronauta aviones satelite barco

radiación-solar

3. Tormentas Geomagnéticas

Por último aunque no siempre una gran llamarada puede generar además una fuerte eyección de masa solar CME, un cañonazo solar que arroja una inmensa cantidad de plasma solar y energía y que si viene en dirección a la tierra tarda entre 18 y 90 horas en alcanzar la tierra. Este es el efecto que puede desatar las tormentas geomagnéticas y producir problemas en los transformadores. Corresponde a la escala G de la NOAA.

telegrafo satelite radio gps aviones

tormentas-geomagnéticas

Las condiciones

tormenta-solar-del-fin-del-mundo-3 Llegados a este punto es muy importante señalar aquí que se deben de dar una serie de condiciones para que estos fenómenos tengan efectos en la tierra:
  1. Se puede producir una llamarada solar sin eyección de plasma con lo que no se darán las tormentas geomagnéticas aunque si los fenómenos de Radio blockout y radiación solar que podrán ser de poca importancia en la tierra.
  2. En otras ocasiones se puede producir llamarada de clase X con eyección CME, pero si su trayectoria no va hacia la tierra, lógicamente no nos afectará. También puede darse el caso en que se produzca llamarada de clase X con eyección CME en la trayectoria de la tierra, pero si esta se produce a una velocidad inicial inferior a los 1.200 km por segundo tendrá poca repercusión.
  3. Igualmente si la llamarada de clase X con eyección CME tiene una trayectoria que sólo nos afecta de manera parcial, no impacta de manera directa, las tormentas geomagneticas tendrán poco impacto por la protección de nuestra magnetosfera, sólo se producirán las bellas auroras boreales.
  4. También puede darse el caso de que haya una eyección, geoefectiva de modo directo y a alta velocidad pero si finalmente el componente Bz en el momento del impacto resulta positivo repeliendose, los escudos magneticos protectores de la tierra aminorarán mucho el impacto en sí. El campo magnético interplanetario (IMF, Interplanetary Magnetic Field) es el campo magnético generado por el Sol, que debido a la rotación del Sol (una rotación cada 27 días), tiene forma de espiral. La Tierra genera su propio campo geomagnético, que se extiende en una región del espacio denominada magnetosfera y que sirve de escudo frente al viento solar. La región del espacio donde ambos campos interactúan se denomina magnetopausa. Si el IMF incide hacia el sur al llegar a la Tierra, cancela en parte al campo geomagnético, favoreciendo la aparición de auroras boreales y tormentas geomagnéticas. El IMF es un campo vectorial con tres dimensiones denominadas x, y, z, siendo el plano yz perpendicular al plano de la eclíptica (coordenadas GSM). Siguiendo este sistema de coordenadas, si la componente Bz del IMF es negativa, el IMF apuntará hacia el Sur de la Tierra y si es de intensidad suficiente podrá favorecer la llegada a la Tierra de tormentas geomagnéticas. En el caso contrario de Bz positiva se producirán algunos fenómenos en la escala G pero moderados G1-G3.
Por lo que podemos concluir que para que una tormenta solar produzca efectos considerables en la tierra se deben de dar las siguientes condiciones: llamarada tipo X con eyección de masa coronal, con trayectoria directa a la tierra, eyección de masa coronal a una velocidad superior a 1.200 km/seg. y con un campo magnético solar con una Bz negativa.
Hasta aquí hemos visto desde un punto de vista físico, cuál es la estructura del sol, cuales son los fenómenos solares que pueden afectar a la tierra, cómo nos afectaría y bajo que condiciones. Pero en el próximo post vamos a ver desde un punto de vista personal y de gestión de emergencias que es lo que puede ocurrir y como debiéramos actuar.

Una respuesta a “Tormentas solares (I): ¿una catástrofe en nuestras cabezas?”

  1. mam dice:

    Este asunto ha dejado de ser una informacion para convertirse en una amenaza posible. Muy interesante.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *