El ABC del Clima Espacial

Clima espacial

La descripción del término clima espacial depende de quién lo describe. Aquí están las definicions de algunas de las agencias espaciales más importantes:
NOAA
Variaciones en el entorno espacial entre el Sol y la Tierra. En particular, se refiere a los fenómenos que afectan a los sistemas y tecnologías en órbita y en la Tierra. El clima espacial puede presentarse en cualquier lugar, desde la superficie del Sol hasta la superficie terrestre.
NASA
Condiciones ambientales en el espacio influenciadas por la actividad solar.
ESA
Las condiciones del entorno espacial impulsadas por el Sol y sus impactos en los objetos del sistema solar.

Ciclo solar

El ciclo solar es un período de aproximadamente once años durante el cual varía la intensidad de la actividad del Sol. El indicador más antiguo de esta actividad son las manchas solares, cuyo número fluctúa considerablemente a lo largo del ciclo. Cuando aparecen muchas manchas en el Sol, hablamos de un máximo solar; cuando prácticamente no hay ninguna, hablamos de un mínimo solar. El ciclo solar es el período entre dos máximos o dos mínimos.
Durante este período también cambia la irradiancia total del Sol, que es un 0,1 % mayor durante los máximos que durante los mínimos. Mucho mayor es la variación de la irradiancia solar si nos limitamos únicamente a la luz ultravioleta, ya que estas fluctuaciones pueden alcanzar hasta un 100 %.
Entre otros indicadores de la actividad solar se encuentran la frecuencia de ráfagas solares y de eyecciones de masa coronal, así como la aparición de regiones activas en la corona solar, que son más numerosas durante los máximos.
Los ciclos solares se enumeran. En febrero de 1755 comenzó el ciclo solar nº 1 y actualmente está en curso el ciclo solar 25.

El número de manchas solares en el Sol desde el año 1700 hasta hoy.
Apariencia del Sol en luz ultravioleta durante el ciclo solar n.º 23.

Eyecciones de masa coronal

Las eyecciones de masa coronal (EMC) son gigantescas nubes de gas ionizado y campos magnéticos provenientes de la corona solar. Estas eyecciones viajan a través del Sistema Solar a velocidades que pueden superar los 2000 kilómetros por segundo, y si alcanzan nuestro planeta, provocan perturbaciones en su entorno.
Las EMC son más frecuentes durante los máximos de actividad solar, cuando ocurren varios de estos eventos cada día. Por otro lado, durante los mínimos solares, en promedio solo ocurre una eyección por semana. No todas las eyecciones generan tormentas geomagnéticas. El primer requisito para que esto ocurra es que la eyección esté dirigida hacia nuestro planeta y eventualmente lo alcance. El segundo requisito es que la eyección tenga una velocidad lo más alta posible. Y el tercer requisito es una configuración adecuada del campo magnético dentro de la eyección. Este debe ser intenso y al menos parcialmente dirigido en dirección opuesta a la orientación del campo magnético terrestre. Para que las tormentas geomagnéticas más fuertes ocurran, esta configuración debe persistir el mayor tiempo posible.

Ráfagas solares

Las ráfagas o fulguraciones solares son eventos muy energéticos en el Sol durante los que liberan enormes cantidades de energía electromagnética en todo el espectro, desde ondas de radio hasta luz visible y rayos X. Especialmente los rayos X pueden aumentar drásticamente la ionización en la capa D de la ionosfera terrestre, que se encuentra entre altitudes de 48 km y 90 km. Esto puede afectar la propagación de las ondas de radio, lo que resulta en un empeoramiento o interrupción de las señales de radio.

Clasificación de ráfagas solares

Las ráfagas solares se clasifican según su intensidad en rayos X suaves (longitudes de onda entre 1 y 9 nanómetros), que son medidas por los satélites GOES. Se clasifican en clases A, B, C, M y X. Cada clase tiene diez subclases, numeradas del 0 al 9. La excepción es la clase X, cuyas subclases no tienen límite superior. En promedio, las fulguraciones de clase M1 ocurren unas 2000 veces durante un ciclo solar, mientras que las de clase X1 ocurren solo ocho veces en el mismo período. La fulguración más intensa registrada hasta la fecha fue clasificada como X45 y ocurrió el 28 de octubre de 2003.

Tormentas geomagnéticas

El término «tormenta magnética» fue acuñado por el científico alemán Alexander Von Humboldt para describir las fluctuaciones rápidas, intensas y de corta duración en el campo magnético terrestre. Actualmente, al término «tormenta magnética» se le añade el prefijo «geo-«, lo que enfatiza que se trata de cambios en el campo magnético de la Tierra. Estos eventos se engloban dentro del concepto más amplio del clima espacial. Las principales causas de las tormentas geomagnéticas más intensas son las eyecciones de masa coronal.

Escala de tormentas geomagnéticas según la NOAA

G1 (Menor, Kp=5-6): Auroras visibles en altas latitudes, efectos mínimos en sistemas.
G2 (Moderada), Kp=6-7: Auroras hasta lat. 55°, posibles alarmas en sistemas eléctricos.
G3 (Fuerte, Kp=7-8): Auroras hasta lat. 50°, problemas en navegación y satélites.
G4 (Severa, Kp=8-9): Auroras hasta lat. 45°, problemas serios en redes eléctricas.
G5 (Extrema, Kp>9): Auroras hasta lat. 40°, colapsos eléctricos posibles, daños a satélite

Escala de tormentas geomagnéticas según el índice Dst

El índice Dst (Disturbance Storm Time), evaluamos el nivel promedio de fluctuaciones en la componente horizontal del campo magnético terrestre a nivel global. Este índice se basa en mediciones tomadas en observatorios magnéticos seleccionados ubicados en latitudes bajas, cerca del ecuador. Durante una tormenta geomagnética, los valores de este índice se tornan negativos. El índice Dst es continuamente monitoread por el «Data Analysis Center for Geomagnetism and Space Magnetism» en Kyoto, Japón.

CategoríaDst (nT)Fracción
(%)
Débiles> -5044.4
Moderadas−50 > Dst > −10031.9
Intensas−100 > Dst > −20020.0
Severas−200 > Dst > −3504.1
Extremas< −3500.55

Luces polares

Las auroras son una de las manifestaciones más hermosas del clima espacial. Aunque pueden aparecer incluso durante periodos de baja actividad solar, su presencia es más frecuente cuando el Sol está más activo, siendo las más intensas durante las tormentas geomagnéticas.
Las auroras ocurren debido a la entrada de partículas cargadas del viento solar en la atmósfera terrestre. Estas partículas chocan con átomos y moléculas de oxígeno y nitrógeno, provocando que estos emitan luz a diferentes colores:
Rosa: Mezcla de nitrógeno y oxígeno.
Verde: Oxígeno a ~100-300 km de altitud (más común).
Rojo: Oxígeno a ~300-400 km (auroras intensas).
Azul/Púrpura: Nitrógeno a ~100 km.

Impacto en la Tierra

Más allá del espectacular fenómeno de las auroras, el clima espacial puede afectar significativamente nuestras tecnologías y sistemas:

Consejos para observar y fotografiar auroras

  • Busca lugares oscuros, alejados de contaminación lumínica.
  • Mira hacia el norte (hemisferio norte) o sur (hemisferio sur).
  • Las mejores horas: 22:00 – 02:00 hora local.
  • Usa aplicaciones de seguimiento de auroras en tiempo real.
  • Para fotografía: trípode, exposición larga (10-30s), ISO alto (1600-3200), apertura amplia (f/2.8 o menor).

Datos curiosos

  • El término popular «aurora boreal» fue acuñado por Galileo Galilei en 1619. La palabra «aurora» proviene del nombre de la diosa romana del amanecer, Aurora, y la palabra «boreal» proviene del nombre del dios griego del viento del norte, Bóreas.
  • El capitán James Cook (1728-1779) fue el primero en informar sobre la aparición de auroras polares en el hemisferio sur, que hoy llamamos auroras australis. La palabra «australis» proviene del nombre del dios romano del viento del sur, Auster.
  • La tormenta geomagnética más intensa del siglo XX, que ocurrió en mayo de 1921 con el Dst estimado de -907 nT.
  • La tormenta geomagnética más intensa de la era moderna es el evento Carrington que ocurrió el 1 de septiembre del 1859 con el Dst estimado entre -850 y -1600 nT.
  • En 1972 una tormenta geomagnética causa la detonación de 4000 minas submarinas a lo largo de la costa de Vietnam.
  • En 1989 otra tormenta geomagnética causó el apagon total en la provincia canadiense de Quebec que duró de 8 a 12 horas.
  • La fulguración más intensa registrada hasta la fecha fue clasificada como X45 y ocurrió el 28 de octubre de 2003.
  • Existen evidencias de fulguraciones en el pasado mucho más distante, que acompañaron a los llamados «Eventos Miyake». La fulguración de 774 se estimó en X285±140, lo que indica una actividad solar increíblemente intensa.
  • El evento Miyake del año 993 fue clave para poder determinar la época exacta cuando los vikingos vivian en Terranova en Canadá. Hoy en día allí se encuentra el sitio arqueológico llamado L’Anse aux Meadows.
  • El evento Miyake más remoto ocurrió hace 14.300 años. Las evidencias del evento fueron encontradas en los troncos de árboles semi fosilizados en el lecho del rio Drouzet en sur de Francia.
  • Durante las tormentas geomagnéticas, la intensidad de las partículas de alta energía aumenta considerablemente sobre las regiones polares, lo que podría poner en riesgo la salud de los pasajeros y de los miembros de la tripulación en los vuelos transpolares. Entre los más vulnerables se encuentran las mujeres embarazadas.
  • Debido a las tormentas geomagnéticas, las aerolíneas modifican las rutas de los vuelos transpolares, lo que puede costarles hasta 100.000 USD cada vez.

Fuentes y Recursos

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