¿Alguna vez has escuchado hablar del clima espacial? Se trata de un clima que proviene del espacio y puede causar muchos fenómenos extraños en la Tierra. A diferencia del clima meteorológico, el clima espacial no necesita una atmósfera, su fuente es completamente otra. El culpable del clima espacial no es nadie más que el Sol. Pero, ¿cómo es que esta estrella logra perturbar la Tierra desde una distancia de 150 millones de kilómetros? ¿Cuáles son las manifestaciones más energéticas del clima espacial? ¿Cómo este fenómeno puede afectar nuestras vidas cotidianas?
Imagínate que . . .
Imagínate que un día te quedas sin luz. “No pasa nada”, dices y decides esperar unos minutos a que los servicios pertinentes respondan y solucionen el error de la red eléctrica. Sin embargo, el eclipse eléctrico se prolonga durante un tiempo sorprendentemente largo. Sales a la calle y de alguna manera descubres que la mayoría de los transformadores de la ciudad han dejado de funcionar. Para no aburrirte, sacas tu último modelo del teléfono celular para distraerte con algún juego o video. En esto decides revisar tu ubicación con la aplicación GPS. Y te llevas una sorpresa. El GPS te muestra coordenadas que difieren de tu ubicación real varios cientos de metros. Y si por casualidad eres de los que todavía tienen una brújula en casa, te enteras de que esta se ha vuelto loca y que ni siquiera apunta en dirección norte. Extraño, ¿no? Mientras tanto oscurece. Como las luces de la ciudad no encienden, esperas una maravillosa vista del cielo estrellado. El cielo sí es espectacular, sin embargo de una forma completamente inesperada. Está inusualmente brillante y lleno de colores extraños que continuamente cambian de forma. Al día siguiente, cuando la televisión e internet vuelven a funcionar, te enteras de que hubo problemas similares en todo el mundo. Hubo daños que suman miles de millones de euros. En las pantallas de televisión, científicos del Centro de Predicción del Clima Espacial explican que lo que ocurrió el día anterior fue una tormenta geomagnética extrema.
Panorama histórico
El clima espacial es estudiado por una rama de la ciencia llamada física espacial. Sus inicios se remontan al año 1859. El 1 de septiembre de ese año, el astrónomo inglés Richard Carrington observó el Sol en su observatorio casero. En ese momento, había varios grupos de manchas solares en la superficie solar, que Carrington, como era su costumbre, trazó cuidadosamente sobre una hoja de papel blanco. De repente, la parte de la superficie donde se encontraba el grupo más grande de manchas, empezó a brillar con mucha más intensidad que el resto del Sol. Tan solo unas 18 horas después, cosas extrañas comenzaron a suceder en la Tierra.
Figura 1: Izquierda: Richard Carrington (1826-1875). Fuente: Solarstorms.org. Derecha: Dibujo de manchas solares realizado por Richard Carrington el 1o de septiembre del 1859. Fuente: Wikipedia.
Documentos de la época informan que los observatorios magnéticos de todo el mundo se volvieron locos y que por la noche aparecían auroras brillantes en lugares donde normalmente no se observan, como Hawai y Cuba. El funcionamiento de la red de telégrafo en EE. UU. se vio gravemente interrumpido y desde las Montañas Rocosas llegaban reportes un cielo nocturno tan brillante, que uno podía leer libros sin la ayuda de luz artificial.
Hoy sabemos que en ese momento ocurrió la tormenta geomagnética más intensa de la historia moderna, conocida como evento Carrington. En su reporte a Royal Society, Carrington insinuó que existía una conexión entre el evento que él observó en el Sol y la tormenta, pero en aquella época la ciencia todavía no podía explicar cómo los fenómenos que ocurren en el Sol a 150 millones de kilómetros de distancia podrían afectar lo que estaba sucediendo en la Tierra.
Impacto de las tormentas geomagnéticas
En la actualidad, las tormentas geomagnéticas pueden causar mucho más impacto sobre el funcionamiento de la sociedad. Por ejemplo, podrían interrumpir el tráfico aéreo, ya que los aviones utilizan el GPS para navegar, y este sistema también les permite aterrizar durante mal tiempo. La señal GPS proviene de un conjunto de satélites en órbitas alrededor de nuestro planeta. Esta tiene que atravesar una capa de la atmósfera terrestre llamada la ionosfera, que puede sufrir fuertes perturbaciones durante las tormentas geomagnéticas, lo que distorsiona la señal GPS e introduce una gran cantidad de errores en las coordenadas de los aviones.
Por otro lado, existen los vuelos transpolares que atraviesan los polos terrestres, especialmente al Polo Norte. Estos vuelos reducen el tiempo de viaje en ciertas rutas, lo que les permite a las aerolíneas ahorrar combustible y transportar a más pasajeros. Algunas líneas aéreas utilizan la comunicación a través de satélites ubicados en órbitas geoestacionarias, como SATCOM. Sin embargo, esta comunicación no es posible en latitudes superiores a 82º. Por lo tanto, los aviones dependen de conexiones de alta frecuencia que se propagan a largas distancias a través de la ionosfera. Durante las tormentas geomagnéticas, las partículas energéticas del Sol que ingresan a la ionosfera terrestre, causan una fuerte interferencia de señales de alta frecuencia. Tal fue el caso entre el 15 y el 19 de enero de 2005, cuando los vuelos transpolares entre Chicago y Hong Kong no fueron posibles debido a una tormenta geomagnética. Adicionalmente, las mismas partículas solares pueden poner en peligro la salud de la tripulación y los pasajeros en estos vuelos. Por esta razón el el número de vuelos transpolares que los miembros de la tripulación pueden realizar cada año, es limitado.
Figura 2: Portadas de algunos periódicos de EE. UU. en mayo del 1921. Fuente: SpaceWeatherArchive.
Incluso los satélites no están a salvo de las tormentas geomagnéticas. En actualidad, los satélites de comunicación nos permiten comunicarnos globalmente a través de teléfonos móviles y transmitir señales de TV y radio. A través de ellos, recibimos programas de noticias, entretenimiento y educación, y nuestras empresas se conectan con sus socios comerciales y clientes. Los satélites también nos permiten monitorear eventos meteorológicos de manera confiable y brindar pronósticos meteorológicos precisos. En el pasado, las tormentas geomagnéticas han dañado varios satélites de comunicación. Tal fue el caso en 1994, cuando dos satélites Telsat Anik se apagaron repentinamente, lo que provocó que alrededor de 100 periódicos y 450 estaciones de radio en Canadá no pudieran llegar a su audiencia. Los servicios telefónicos se cortaron en cuarenta condados». Uno de los satélites fue reparado después de seis meses a un costo de US$50 millones.
Otro impacto importante de las tormentas geomagnéticas es sobre la red de transporte de energía eléctrica. El ejemplo más claro sucedió el 6 de marzo de 1989, cuando una intensa tormenta geomagnética causó el colapso de la red eléctrica de la provincia canadiense Quebec, lo que dejó a la provincia viviendo un eclipse eléctrico que duró 12 horas. Millones de personas se encontraron en casas y oficinas oscuras, el metro estaba cerrado, así como las escuelas y el aeropuerto de Dorval.
Origen
Las tormentas geomagnéticas tienen su origen en el Sol. En él suceden grandes explosiones que pueden expulsar al espacio grandes cantidades de gas y el campo magnético, provenientes de la capa más externa de la atmósfera solar, llamada la corona. Tales estructuras se conocen como las eyecciones de masa coronal (EMC). Estas se propagan por el Sistema Solar a velocidades muy altas y en su camino pueden encontrar obstáculos, como es el campo magnético de la Tierra, lo que provoca fuertes distorsiones de este campo. Se podría pensar en una EMC como un pistón, y en el campo magnético de la Tierra como un escudo que resiste la fuerza ejercida por el pistón. La fuerza de la EMC empuja al escudo ligeramente «hacia atrás», es decir, hacia la Tierra, lo cual provoca el aumento de la fuerza del escudo hasta que se restablece un cierto equilibrio. Cuando sucede esto, los observatorios magnéticos de la Tierra detectan un aumento en la magnitud del campo magnético terrestre, así como fuertes fluctuaciones en su dirección.
Además, una fracción muy pequeña de las partículas que viajan con las EMC (iones, electrones) penetran adentro del campo geomagnético. Algunas de estas logran entrar en la ionosfera cerca de los polos magnéticos norte y sur. Dado que se trata de partículas con energías bastante altas, estas ionizan y excitan las partículas neutras atmosféricas haciéndolas brillar. Así se forman las luces polares, también conocidas como las auroras.
Las mismas partículas solares actúan como una corriente eléctrica en la ionosfera y crean sus propios campos magnéticos variables. Estos inducen corrientes eléctricas en nuestras líneas de red eléctrica provocando los inconvenientes ya descritos.
Monitoreo del clima espacial
Con el fin de limitar el daño que el clima espacial puede causarnos en el futuro, se han establecido programas en todo el mundo cuyo fin es monitorear estos fenómenos. La Agencia Espacial Europea (ESA) ha lanzado recientemente un proyetco llamado «Space Situational Awareness» (SSA), cuyo objetivo es que en el futuro Europa pueda observar fenómenos naturales que podrían ser dañinos para los satélites en órbita y para infraestructura.
Una de las áreas en las que la ESA trabaja muy intensamente se llama SWE, que es una abreviatura del término inglés space weather. Como parte de esta actividad, la ESA observa las condiciones del Sol, del viento solar y de la magnetosfera terrestre. La necesidad de tal actividad también es demandada por la industria espacial en constante crecimiento. Por lo tanto, los datos del clima espacial ya tienen un valor comercial en la actualidad. Programas similares ya están implementados en otros países, especialmente en EE. UU. y Canadá.
Lecturas adicionales para los más curiosos
- Hapgood, M. (2019). The great storm of May 1921: An exemplar of a dangerous space weather event. Space Weather, 17, 950– 975. https://doi.org/10.1029/2019SW002195
- Knipp, D. J., Fraser, B. J., Shea, M. A., & Smart, D. F. (2018). On the little-known consequences of the 4 August 1972 ultra-fast coronal mass ejecta: Facts, commentary, and call to action. Space Weather, 16, 1635– 1643. https://doi.org/10.1029/2018SW002024
- Tsurutani, B. T., Gonzalez, W. D., Lakhina, G. S., and Alex, S. (2003), The extreme magnetic storm of 1–2 September 1859, J. Geophys. Res., 108, 1268, doi:10.1029/2002JA009504, A7.
- Kappenman, John G. 2006. “Great Geomagnetic Storms and Extreme Impulsive Geomagnetic Field
Disturbance Events – An Analysis of Observational Evidence Including the Great Storm of May 1921.” Advances in Space Research, The Great Historical Geomagnetic Storm of 1859: A Modern Look, 38 (2): 188–99. https://doi.org/10.1016/j.asr.2005.08.055.
blogsolar.space 