Las tormentas geomagnéticas son las manifestaciones más intensas del clima espacial. Las más fuertes son causadas por la interacción de las eyecciones de masa coronal interplanetarias (EMCI) con el campo magnético de la Tierra. Las EMCI están compuestas por una gran cantidad de materia y son provocadas por explosiones en la corona solar, la capa externa de nuestra estrella. Estas estructuras recorren el espacio interplanetario con velocidades que pueden alcanzar más de dos mil kilómetros por segundo.
Las tormentas geomagnéticas pueden causar fenómenos impresionantes como las luces polares o auroras, sin embargo también pueden afectar las telecomunicaciones, distorsionar la señal GPS y dejar regiones enteras sin electricidad durante horas.
Aquí presentamos nueve tormentas geomagnéticas que han sido clasificadas como extremas. Cada una de ellas ha dejado una huella perdurable en la memoria colectiva de la humanidad.
1. Tormenta del 1 de junio de 1680:una extraordinaria aparición en el cielo
Poco después de la invención del telescopio en 1608, el nuevo instrumento ya se estaba usando para observar el Sol. Los astrónomos de la época registraban diligentemente el número de manchas solares en su superficie. En la segunda mitad del siglo 17, las manchas solares estuvieron prácticamente ausentes, y las auroras boreales extremadamente raras. Es por ello que las muy brillante luces polares que aparecieron en el cielo Europeo a finales de mayo de 1680, fueron una sorpresa considerable. El astrónomo alemán Gottfried Kirch (1639-1710), quien reunió varios testimonios sobre el evento, las describió en el periódico Neue Himmels Zeitung como “una gran señal de fuego en el cielo, que apareció el 22 de mayo al mismo tiempo en varios lugares de Alemania, especialmente en Leipzig, Hamburgo y Lübeck”. Dado que en la época en Alemania aún se usaba el calendario juliano, el hecho en realidad ocurrió el 1o de junio, según nuestro calendario gregoriano.
En Hamburgo, otro astrónomo alemán Heinrich Voigt (1613-1691) resumió lo sucedido en el folleto Planeten-Versamblung im Majo und Junio 1680. Según los testimonios recogidos por Kirch y por Voigt, la “gran señal de fuego” fue visible en la mañana del 1o de junio cerca de la costa oeste del Mar Báltico y de Leipzig. Un testigo narró: “todo el cielo que pude ver en dirección al oeste estaba cubierto con una niebla de fuego… al este estaba muy hermoso, azul, cubierto de muchas estrellas”. Otro testigo de Carlsburg afirmó que «figuras de diferentes formas y con diferentes vestuarios danzaban en las cuatro direcciones del cielo».
Siglos después, los astrónomos se preguntaron a qué se debía la aparición de la aurora ya que en ese momento el Sol se encontraba en un mínimo prolongado de su actividad, un periodo denominado mínimo de Maunder, que duró unos 50 años. Según los reportes que elaboraron los astrónomos Kirch y Gian Domenico Cassini (1625-1712) durante la época, una mancha solar apareció en la superficie del Sol a finales de mayo de 1680. Los dibujos de Kirch, que hoy aún se conservan en el Observatorio de París, muestran manchas solares en el hemisferio occidental. Las manchas solares son áreas en la superficie del Sol desde las cuales se pueden originar eyecciones de masa coronal. Dado que el Sol en aquella época estaba muy inactivo y sin otras manchas, existe una alta probabilidad de que la mancha reportada por Kirch y Cassini fue la fuente de la tormenta geomagnética en 1680.
En la Figura 1 los puntos rojos marcan los lugares en donde los testimonios cuentan haber observado la aurora boreal. En el medio se enseña el dibujo hecho por Kirch quien se basó en testimonios provenientes del área de Lübeck.
Figura 1: a) Lugares en los que se reportó la observación de la aurora borealis en 1680. Fuente: [1]. b) Dibujos de aurora boreal realizadas por Gottfried Kirch. Fuente: [1]. c) Dibujos de Kirch de las manchas solares en 1680. Fuente: [1].
2. La aurora boreal que iluminó la noche: el evento Carrington, 1859
El 1 de septiembre de 1859, el astrónomo inglés Richard Carrington (1826-1875) monitoreaba el Sol desde su observatorio casero, proyectando la imagen del disco solar sobre una hoja de papel blanco. En su superficie se podían observar varios grupos de manchas solares, cuando, de repente, la parte de la superficie solar, donde se encontraba el grupo más grande de manchas, empezó a brillar mucho más fuerte que el resto del Sol. A estos abrillantamientos repentinos actualmente se les conoce como ráfagas solares. Alrededor de 18 horas después, fenómenos extraños comenzaron a suceder en la Tierra.
Documentos de aquella época cuentan que los observatorios magnéticos de todo el mundo se alteraron y que una aurora boreal inusualmente brillante fue vista por la noche. El funcionamiento de las redes telegráficas se vio gravemente afectado, por lo que los mensajes entrantes eran completamente incomprensibles. Desde las Montañas Rocosas, al norte del continente americano, llegaban reportes diciendo que por la noche se podía leer los libros sin la ayuda de luz artificial. Incluso, la aurora boreal fue vista en lugares en las que no es habitual como Hawai, Cuba y México, donde el cielo se pintó de rojo.
Ahora sabemos, que lo que ocurrió fue la tormenta geomagnética más intensa jamás registrada, conocida como evento Carrington. Hoy en día medimos la intensidad de estas tormentas con el índice Dst que nos permite clasificar a estos eventos como débiles, moderados, fuertes, severos y extremos (ver la Tabla 1). Dst se obtiene a partir de las mediciones de las perturbaciones del campo magnético terrestre por lo que tiene las mismas unidades – nanoTesla (nT). Los valores de Dst alcanzados durante el evento Carrington se estimaron a posteriori entre -850 y -1760 nT, lo que constituye un récord absoluto. Carrington publicó sus observaciones e incluso insinuó un vínculo entre la ráfaga que observó y la tormenta geomagnética, pero en aquella época la ciencia aún no podía explicar cómo los fenómenos a 150 millones de kilómetros de distancia podrían causar todos estos eventos extraordinarios en la Tierra.
Figura 2: Manchas solares dibujadas por Richard Carrington el 1o de septiembre del 1859. Fuente: Wikipedia. Richard Carrington (1826-1875). Fuente: Solarstorms.org.
3. La tormenta de mayo de 1921
En mayo de 1921, cuatro eyecciones de masa coronal impactaron en la Tierra, poniendo en peligro vidas humanas. El índice Dst se estimó en -907 nanoTesla, lo cual corresponde a los eventos clasificados como extremos.
Las primeras eyecciones llegaron el 13 de mayo a las 13.10 y 19.24 horas (GMT). Esa noche, una fuerte aurora boreal brilló sobre Europa. Fue observada en Inglaterra, Francia, Alemania, España, Gales y otros lugares. Los informes de un fuerte resplandor también llegaron de EE. UU. y Australia. La tormenta geomagnética interrumpió las telecomunicaciones en Dinamarca y Suecia, y cortó las conexiones telegráficas en los Estados Unidos y Australia.
El 14 de mayo, a las 22.15 horas, una tercera eyección golpeó la Tierra. Las perturbaciones del campo magnético terrestre se intensificaron causando, según algunas estimaciones, la tormenta geomagnética mas fuerte del siglo 20. En todo el mundo se reportaron fallas en los telégrafos y en algunos sistemas telefónicos. Sin embargo, en algunos lugares el daño fue mayor.
El 15 de mayo, en la ciudad sueca de Karlstadt, un incendio en la central telefónica de la ciudad destruyó la mayor parte del equipo. Los estudios posteriores demostraron que la central de Karlstadt fue particularmente vulnerable a las tormentas geomagnéticas, ya que se encontraba en un enlace de telecomunicación entre Oslo y Estocolmo orientado en la dirección este-oeste con una longitud de 400 kilómetros. La orientación y la longitud de estas líneas telefónicas fueron ideales para que el campo magnético terrestre perturbado pudiese inducir corrientes eléctricas en ellas. También hubo un incendio en una central telefónica en Brewster, Nueva York. Los operadores incluso tuvieron que evacuar el edificio en el que se encontraba la planta. El edificio finalmente fue completamente destruido.
El 16 de mayo, la Tierra fue golpeada por una cuarta eyección de masa coronal, que afortunadamente no causó problemas mayores.
Figura 3: a) Noticias de New York Times del 16 de Mayo del 1921. b) Portada de Chicago Daily Tribune el día de 16 de Mayo del 1921. c) Dibujo de machas solares observadas el día 13 de Mayo del 1921 en el observatorio Mount Wilson. d)Ubicaciones donde se reportaron las observaciones de las auroras intensas. Fuente: TLARC.
4. Tres tormentas de enero del 1938
La década de 1930 destaca por una actividad solar muy alta. En ese tiempo ya había muchos observatorios dedicados a observar el Sol de manera sistemática, por lo que existen registros confiables sobre su actividad. Los reportes de la época cuentan que el 29 de julio de 1937 aparecieron gigantes manchas solares en la superficie de nuestra estrella, que podían verse incluso a simple vista. Más manchas similares fueron observadas unos meses después, en octubre del mismo año. Cada una de ellas fue lugar de origen de tormentas geomagnéticas bastante intensas.
El 12 de enero de 1938 apareció otra enorme mancha solar en la superficie del Sol, que desapareció detrás del borde occidental del disco solar el 18 de enero. Esta mancha causó la primera tormenta geomagnética de aquel mes, que duró del 17 al 18 de enero. Dos tormentas más ocurrieron del 21 al 22 de enero y del 25 al 26 de enero. Posteriormente se estimó que durante estos eventos, el índice Dst, alcanzó los valores de -171 nT, -328 nT y -336 nT, lo que los clasifica como severos (ver Tabla 1). El 25 de enero se pudieron observar auroras boreales hermosas en toda Europa, hasta Gibraltar, Sicilia y Grecia.
Figura 4: Izquierda: lugares dónde fueron reportadas las auroras durante las tres tormentas geomagnéticas. Derecha: dibujos de la aurora boreal vista en Japón el 22 de enero de 1938.
5. La tormenta que detonó minas submarinas en 1972
En 1972, en el séptimo año de la intervención de Estados Unidos en la guerra de Vietnam, las fuerzas armadas estadounidenses, bajo las órdenes del presidente Richard Nixon, sembró minas de guerra en el mar frente a la costa de Vietnam del Norte. La operación inició el 9 de mayo de 1972 cerca de la ciudad de Hai Phong. En total, se colocaron más de 11,000 minas cerca de ciudades estratégicas en un período de ocho meses. Algunas de estas minas fueron hechas para detectar los cambios en el campo magnético normalmente producidos por los buques de guerra. Se detonaban cuando la magnitud de la perturbación de este superaba un cierto umbral.
El 4 de agosto de 1972, un evento único sucedió en la Tierra. La tripulación de un avión TF-77 de EE. UU. informó que en un transcurso de 30 segundos y sin una razón aparente, una docena de minas habían explotado cerca de la ciudad de Hon La. Los análisis posteriores mostraron que aquel día se activaron un total de 4,000 minas.
Ese mismo día, a las 20:54 una brillante aurora boreal iluminó el cielo nocturno del norte de los Estados Unidos. Un magnetómetro en Boulder, Colorado, se volvió «loco», debido a las fuertes perturbaciones en el campo magnético de la Tierra, las cuales también fueron detectadas en el sur de la India y en Hawai. En la costa sur del Reino Unido, la aurora boreal brilló con tanta fuerza que aparecieron sombras, y también fue reportada por los pilotos de un vuelo comercial cerca de la ciudad española de Bilbao.
Estos eventos ocurrieron debido a que entre el 2 y el 4 de agosto, una región activa en el Sol con campos magnéticos intensos, denominada AC 11976, fue posicionada casi en el centro del disco solar, visto desde la Tierra. Las regiones activas son lugares en la corona solar de los que a menudo se originan las eyecciones de masa coronal. Cuando las regiones activas se encuentran cerca del disco solar, las eyecciones que provienen de ellas se dirigen hacia nuestro planeta. Durante el período mencionado, varias eyecciones de masa coronal salieron de la región activa y fueron acompañadas de ráfagas solares muy brillantes. Todas estas eyecciones provocaron tormentas geomagnéticas. Las primeras «limpiaron» el espacio entre la Tierra y el Sol, lo que permitió un viaje sin obstáculos y muy veloz a la eyección de masa coronal del 4 de agosto que horas después provocó la tormenta geomagnética más intensa.
Una investigación de la Marina de los EE. UU. encontró que las minas fueron activadas por fluctuaciones del campo magnético durante esta tormenta geomagnética. Aunque nunca revelaron el umbral requerido para detonar las minas, sabemos que las perturbaciones del campo magnético de la Tierra alcanzaron 168 nT, lo que obviamente fue suficiente. Después de estos eventos, el lograr que estas minas sean insensibles al clima espacial, se convirtió en una de las principales prioridades de la Marina de los EE. UU.
Figura 5: Manchas solares (a la izquierda) y regiones activas (a la derecha) en el Sol los días 3 y 4 de Agosto del 1972. Fuente[5].
El 13 de marzo de 1989, se produjo en la Tierra una tormenta geomagnética de intensidad similar a la de mayo de 1921. La historia de esta tormenta comenzó el 6 de marzo, cuando apareció un grupo de manchas solares muy grande en el Sol. Los campos magnéticos en el área fluctuaban rápidamente, lo que dio lugar a quince ráfagas solares, once de las cuales fueron clasificadas como Clase X o extremas.
Estos eventos se clasifican según la intensidad de rayos X que emiten (ver Tabla 2) como clases A, B, C, M y X. Cada clase se subdivide en subclases denominados con los números del 1 al 9. La excepción es la clase X cuyos números pueden tener cualquier valor. La ráfaga más intensa jamás registrada fue clasificada como X45. En promedio, las ráfagas X10 ocurren ocho veces durante un ciclo solar de 11 años, mientras que las M1 (menor) suceden unas 2000 veces durante el mismo período. La ráfaga más fuerte de marzo de 1989 se observó el día 6 de marzo y fue clasificada como X15, sin embargo, debido a que el grupo de manchas solares correspondiente estaba ubicado cerca del borde este del Sol, las eyecciones de masa coronal que ocurrieron junto con las ráfagas no estaban dirigidas hacia la Tierra.
Eventualmente, este grupo de manchas se movió hacia el centro del disco solar. El 13 de marzo, dos eyecciones de masa coronal, alcanzaron la Tierra. Esto resultó en una tormenta geomagnética intensa. Inmediatamente después del inicio de la tormenta, la aurora boreal brilló intensamente en ambos polos, e incluso fue vista en Florida, Texas y Cuba.
A las 2:44, algo muy inesperado sucedió en Canadá. Las corrientes eléctricas provocadas por la tormenta geomagnética, destruyeron la red eléctrica en la provincia canadiense de Quebec en un transcurso de tan solo dos minutos. Como consecuencia, esta provincia vivió así un eclipse eléctrico de 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.
En Europa, Reino Unido y Suecia tuvieron problemas principalmente en forma de cortes de energía de corta duración. Varios satélites espaciales también experimentaron problemas, incluido el satélite de telecomunicaciones TDRS-1 de la NASA. El índice Dst, ha alcanzado un valor de -589 nanoTesla y sigue siendo el mayor jamás medido directamente.
Figura 6: Manchas solares (arriba) y campo magnético (abajo) en la superficie solar durante el período de 7 a 17 de Marzo del 1989. Fuente:[8].
7. Una tormenta inusual (1994)
El siguiente evento ocurrió en enero de 1994, cuando el ciclo solar ya se acercaba a su mínimo de 1996. En ese momento, el Sol estaba en calma, no había manchas importantes ni ráfagas. Es por eso que la empresa Telsat Canada fue sorprendida por el hecho de que el 20 de enero, dos de sus satélites, Anik E1 y E2, de repente fallaron. El incidente resonó con fuerza en Canadá. Las fallas de los satélites interrumpieron la transmisión de señales de televisión y datos informáticos en todo el país, e interrumpieron las conexiones telefónicas a áreas remotas en el norte.
Los electrones solares de alta energía causaron la falla de ambos satélites al interferir con la electrónica que controlaba su rotación, lo que provocó una rotación descontrolada de ambos. Finalmente se restableció el control sobre el satélite Anik E1, que tenía un valor de C$ 281.2 millones. Sin embargo, no se pudo restablecer el control sobre el satélite E2, cuyo valor era de C$ 290.5 millones.
Interesantemente, esta vez la tormenta geomagnética no fue causada por una eyección de masa coronal. L causa fue una corriente del viento solar rápido, con una velocidad de 700 kilómetros por segundo. El origen de esta corriente se puede ver en la imagen del Sol tomada en rayos X por la Sonda Yohkoh. Alrededor del polo sur podemos observar un área oscura llamada agujero coronal. Estas áreas son fuentes de viento solar rápido. El agujero coronal que se muestra se extendía casi hasta el ecuador solar, por lo que, cuando se encontraba frente a la Tierra, una corriente del viento solar rápido comenzó a viajar hacia nuestro planeta. Esta corriente fue la fuente de electrones de alta energía, superior a 2 megaelectronvoltios (MeV), capaces de dañar los instrumentos electrónicos y páneles solares de los satélites.
Figura 7: La imagen del Sol obtenida el 9 de enero del 1994 por la misión Yohkoh en rayos X. La región obscura es un hoyo coronal mientras que dos regiones muy brillantes se denominan como regiones activas. Fuente:[9].
Por fin, llegamos a finales del siglo 20. En julio del año 2000, la celebración del aniversario de la Revolución Francesa fue interrumpida por una fuerte tormenta geomagnética. Debido a que ésta duró del 14 al 16 de julio y debido a que el 14 de julio se llama Día de la Bastilla en el mundo de habla inglesa, la tormenta geomagnética recibió su nombre de esta festividad.
La tormenta fue producida por una una eyección de masa coronal que ocurrió el 14 de julio y fue acompañada de una fuerte ráfaga solar. Posteriormente, la eyección viajó a través del espacio interplanetario a una velocidad de unos 1400 km/s y llegó a la Tierra en menos de un día.
La tormenta geomagnética que ocurrió después fue clasificada como extrema. Las partículas de alta energía, que devastaron las cámaras y los sistemas de navegación de varios satélites, y los detectores de partículas de varios instrumentos que formaban parte de las misiones de la NASA, tuvieron que apagarse temporalmente. La aurora boreal fue visible hasta Texas, la precisión del sistema GPS se degradó con el transcurso de las horas y muchas redes de transporte de luz eléctrica resultaron dañados.
Figura 8: Imagen de la ráfaga solar que ocurrió junto con la eyección de masa coronal que el 14 de julio del 2020 causó una tormenta geomagnética intensa. La imagen fue tomada por la misión SOHO en luz ultra violeta extrema. Fuente: NASA.
Y aquí llegamos al último evento. Entre el 19 de octubre y el 20 de noviembre de 2003, los científicos detectaron 19 ráfagas brillantes en el Sol. Algunas de ellas fueron seguidas por tormentas geomagnéticas. Las más intensas de ellas ocurrieron entre el 29 de octubre y el 2 de noviembre. Debido a que en esta época en los EE. UU. se celebra la Noche de Brujas o Halloween, los eventos recibieron el nombre de «eventos de Halloween».
En el transcurso de 24 horas, dos erupciones llegaron a la Tierra, provocando una tormenta geomagnética con un índice de Dst -400 nT. Esto convirtió a la tormenta en una de las diez tormentas geomagnéticas más intensas de la historia.
La tormenta dañó varias misiones científicas, incluidas SOHO y ACE, dos observatorios espaciales dedicados a monitorear al Sol y el viento solar. En Suecia ocurrió un corte de energía que duró una hora. Algunos vuelos tuvieron que ser desviados debido a que se cortaron las telecomunicaciones en los vuelos transpolares. Las conexiones de radio y televisión satelitales se cortaron parcialmente, y en Marte esta misma erupción destruyó el Experimento Ambiental de Radiación Marciana que formaba parte de la misión espacial Mars Odyssey. Los astronautas de la Estación Espacial Internacional tuvieron que protegerse de la radiación dañina que acompañó a la erupción. Por supuesto, la aurora boreal brilló en el cielo y se observó en el Mediterráneo, e incluso en Texas y Florida.
Figura 9: La ráfaga (izquierda) y la eyección de masa coronal (derecha) vistos por la misión espacial SOHO en la luz extrema ultra violeta el día 28 de octubre del 2003. Fuente:[14].
Lecturas adicionales para los más curiosos
- Hayakawa et al., 2021, Candidate Auroral Observations Indicating a Major Solar–Terrestrial Storm in 1680: Implication for Space Weather Events during the Maunder Minimum, The Astrophysical Journal, 909:29, https://doi.org/10.3847/1538-4357/abb3c2
- 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
- Carrington, r., 1859, Description of a Singular Appearance seen in the Sun on September 1, 1859, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 20, p.13-15, https://ui.adsabs.harvard.edu/link_gateway/1859MNRAS..20…13C/doi:10.1093/mnras/20.1.13
- Hayakawa et al., 2021, The Intensity and Evolution of the Extreme Solar and Geomagnetic Storms in 1938 January, The Astrophysical Journal, 909:197, https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc427
- 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
- M. Ohshio, 1974, Solar X-ray flares and their corresponding sudden ionospheric disturbances, Radio Research Laboratories, Journal, vol. 21, no. 106, 1974, p. 311-340.
- Lundstedt et al., 2015, The extreme solar storm of May 1921: observations and a complex topological modelAnn. Geophys., 33, 109–116, http://www.ann-geophys.net/33/109/2015/, doi:10.5194/angeo-33-109-2015
- Boteler, D. H. (2019). A 21st century view of the March 1989 magnetic storm. Space Weather, 17, 1427–1441. https:// doi.org/10.1029/2019SW002278
- Lam, H.-L., Boteler, D. H., Burlton, B., and Evans, J. (2012), Anik-E1 and E2 satellite failures of January 1994 revisited, Space Weather, 10, S10003, doi:10.1029/2012SW000811.
- Watari, S., Kunitake, M. & Watanabe, T. THE BASTILLE DAY (14 JULY 2000) EVENT IN HISTORICAL LARGE SUN–EARTH CONNECTION EVENTS. Sol Phys 204,425–438 (2001). https://doi-org.pbidi.unam.mx:2443/10.1023/A:1014273227639
- Watching the Angry Sun, NASA Science, https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2000/ast22dec_1/
- «Halloween Storms of 2003 Still the Scariest», NASA, https://www.nasa.gov/topics/solarsystem/features/halloween_storms.html
- Remembering the Great Halloween Solar Storms, NOAA, https://www.ncei.noaa.gov/news/great-halloween-solar-storm-2003
- Severe Space Weather Events: Understanding Societal and Economic Impacts Workshop Report, Space Studies Board ad hoc Committee on the Societal and Economic Impacts of Severe Space Weather Events: A Workshop. National Academies Press. ISBN: 978-0-309-12769-1
| Tabla 1: Clasificación de las tormentas geomagnéticas | |
| Denominación | Rango del indice Dst |
| Débil | -30 a – 50 nT |
| Moderada | -50 a – 100 nT |
| Fuerte | -100 a – 200 nT |
| Severa | -200 a – 350 nT |
| Extrema | < – 350 nT |
| Tabla 2: Clasificación de las ráfagas solares | |
| Denominación | Flujo de rayos X [W/m2] |
| A | < 10−7 |
| B | 10−7 – 10−6 |
| C | 10−6 – 10−5 |
| M | 10−5 – 10−4 |
| X | > 10−4 |
blogsolar.space 