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Erupciones solares y la era de las telecomunicaciones



  1. Resumen
  2. Introducción
  3. Erupciones Solares
  4. Eyecciones de masa coronaria
  5. Tormenta solar de 1859
  6. Erupciones solares y la era de las
    telecomunicaciones
  7. Conclusión

Resumen

El siguiente trabajo tiene la finalidad de divulgar que
son las erupciones solares, cómo se producen,
cuáles son sus etapas y cuáles son los efectos que
tendría una inyección de masa coronaria de grado X
para la población, teniendo en cuenta la tormenta solar de
1859 y las investigaciones posteriores que se han realizado de
los posibles efectos devastadores para nuestras sociedades al
hacer que fallaran los satélites y por ende se estropeen
las telecomunicaciones, posteriormente colapsaran los
transformadores dejando aislados a comunidades enteras sin muchos
recursos como agua, comida, electricidad, transportes y sin
manera alguna de comunicarse.

Objetivos

  • Conocer que son las erupciones solares y como se
    producen.

  • Determinar de qué forma afectaría al
    planeta tierra si ocurriera una erupción solar de gran
    magnitud.

Introducción

Una erupción solar es una violenta
explosión en la fotósfera del Sol, calentando
plasma a decenas de millones de grados kelvin y acelerando los
electrones, protones e iones más pesados resultantes a
velocidades cercanas a la de la luz. Sus niveles de
energía son A,B,C, M y X, La explosión de
radiación proviene de la liberación de la
energía magnética asociada a las manchas solares y
son el evento más explosivo del sistema solar.

Las erupciones solares se dan en tres etapas y estas
tienen diferentes consecuencias en la Tierra. Lo primero en
llegar es la luz, que incluye rayos X y ultravioleta. Esto
provoca la ionización de la atmósfera superior de
la Tierra, interfiriendo en las comunicaciones de radio.
Detrás llega la tormenta de radiaciones y se
multiplicación de las auroras boreales y
australes.

Lo primero que sucedería con una erupción
solar de clase X sería que la ionosfera terrestre se
calentaría, cambiando su densidad y composición, lo
que afectaría a las comunicaciones por radio y a la
señal del GPS. Peor aún, puede crear intensas
corrientes eléctricas en la ionosfera llamadas
electrojets.

La troposfera se cargaría de electricidad de tal
manera que hasta el agua de los océanos echaría
chispas. Tal cantidad de energía buscaría un camino
por donde moverse: de los cables eléctricos a los
transformadores, recalentándolos hasta
quemarlos.

La sociedad moderna depende de sistemas de alta
tecnología, y todas son vulnerables y el gran problema es
que no se sabe cuándo será la siguiente tormenta ni
su intensidad. Se conoce bien el ciclo solar, se sabe que
está a punto de alcanzar su clímax, pero no es
posible saber cuándo una erupción solar expulse una
eyección de masa coronaria de grado X que pueda cambiar
nuestras vidas.

Desarrollo

Erupciones
Solares

Una erupción solar es una violenta
explosión en la fotósfera del Sol con una
energía equivalente a decenas de millones
de bombas de hidrógeno, de hasta 6 ×
1025 Joule. Las erupciones solares tienen lugar en
la corona solar y la cromosfera,
calentando plasma a decenas de millones de
grados kelvin y acelerando los
electrones, protones e iones más
pesados resultantes a velocidades cercanas a la de la luz.
Producen radiación electromagnética en
todas las longitudes de onda del espectro
electromagnético, desde largas ondas de radio a
los más cortos rayos gamma. La mayoría de las
erupciones suceden alrededor de manchas solares, donde
emergen intensos campos magnéticos de la superficie del
Sol hacia la corona.

Las erupciones solares se observaron por primera vez en
el Sol en 1859 y a parir de ahí también se han
observado erupciones estelares en otras estrellas.

La frecuencia de estos sucesos varía, de varios
al día cuando el Sol está particularmente "activo"
a menos de una semanal cuando está "tranquilo". La
actividad solar varía en un ciclo de 11 años
(el ciclo solar). En la cúspide del ciclo suele haber
más manchas en el Sol, y por tanto más erupciones
solares.

Las erupciones solares están asociadas
a eyecciones de masa coronal, las cuales influyen mucho
nuestra meteorología solar local. Producen
flujos de partículas muy energéticas en
el viento solar y la magnetosfera terrestre
que pueden presentar peligros por radiación para
naves espaciales y astronautas. El flujo de rayos X de la clase X
de erupciones incrementa la ionización de la
atmósfera superior, y esto puede interferir con las
comunicaciones de radio en onda corta, y aumentar el rozamiento
con los satélites en órbita baja, que lleva a
decaimiento orbital. La presencia de estas partículas
energéticas en la magnetosfera contribuye a la aurora
boreal y a la aurora austral.

Las erupciones solares liberan una cascada de
partículas de alta energía conocida como tormenta
de protones. Los protones pueden atravesar el cuerpo humano,
provocando daño bioquímico.

Estas erupciones o ondas que expulsan llegan a la Tierra
entre 24 y 36 horas después del suceso, claro esto
solamente ocurre si la onda de choque viaja hacia la Tierra.
Pero también depende de la presión del viento solar
sobre la magnetosfera, el cual aumentará o
disminuirá en función de la actividad solar. La
presión del viento solar modifica las corrientes
eléctricas en la ionosfera.

Eyecciones de
masa coronaria

Se denomina eyección de masa
coronal o CME (por sus siglas en inglés:
Coronal Mass Ejection) a una onda hecha
de radiación y viento solar que se
desprende del Sol en el periodo llamado Actividad
Máxima Solar, que ocurre cada 11 años. Esta onda es
muy peligrosa ya que, si llega a la Tierra y su campo
magnético está orientado al sur, puede dañar
los circuitos eléctricos, los transformadores y los
sistemas de comunicación, además de reducir el
campo magnético de la Tierra por un período. Cuando
esto ocurre, se dice que hay una tormenta
solar. 

Las eyecciones de masa coronaria lanzan ingentes
cantidades de materia y radiación electromagnética
hacia el espacio más allá de la superficie solar.
En algunos casos estas eyecciones se quedan en la corona
(llamándose entonces prominencias solares) o pueden
adentrarse en el sistema Solar o incluso más allá,
en el espacio interestelar. El material eyectado es
un plasma consistente principalmente
de electrones y protones, pero puede contener
pequeñas cantidades de partículas más
pesadas como helio, oxígeno e
incluso hierro. Esto se debe a los enormes cambios y
turbulencias producidos en el campo magnético de
la corona solar. 

Etapas

  • 1ª etapa Erupción solar: tarda
    solamente 8 minutos en llegar a la tierra. La
    radiación electromagnética es capaz de
    interrumpir las comunicaciones. La erupción solar
    expande la atmósfera hasta alcanzar las órbitas
    de los satélites, alterando sus órbitas y
    provocando su caída a la superficie de la
    Tierra.

  • 2ª etapa Tormenta de Radiación:
    un bombardeo de radiación que puede quemar los
    circuitos eléctricos y dañar a las personas
    expuestas; aún cuando la atmósfera y la
    magnetósfera actúan a modo de escudo para
    evitar este tipo de efectos.

  • 3ª etapa Eyección de Masa
    Coronal:
    Esta es la onda más peligrosa ya que, en
    el caso de estar orientada hacia el sur, daña los
    satélites, todos los transformadores eléctricos
    por los que pase electricidad y las comunicaciones en todo el
    planeta. Si está orientada al norte, rebotará
    en la magnetosfera.

Tormenta solar de
1859

En el año 1859 se produjo una gran
fulguración solar. La tormenta solar de 1859 fue la
más potente registrada en la historia. A partir del 28 de
agosto, se observaron auroras que llegaban desde el sur hasta el
Caribe. El pico de intensidad fue el 1 y 2 de septiembre, y
provocó el fallo de los sistemas de telégrafo en
toda Europa y América del Norte. Parece que este tipo de
situaciones sólo se produce cada 500 años
aproximadamente, según los estudios de muestras de hielo.
Parece que los primeros indicios de este incidente se detectaron
a partir del 28 de agosto de 1859 cuando por toda Norte
América se vio auroras boreales.

Fue la interacción más violenta que nunca
se ha registrado entre la actividad solar y la Tierra. La
acción del viento solar sobre la Tierra el año 1859
fue, con diferencia, la más intensa de la que se tiene
constancia. El día 28 de agosto aparecieron numerosas
manchas solares, y entre los días 28 de agosto y 2 de
septiembre se declararon numerosas áreas con
fulguraciones.

El 1 de septiembre el Sol emitió una inmensa
llamarada, con un área de fulguración asociada que
durante un minuto emitió el doble de energía de la
que es habitual. Sólo diecisiete horas y cuarenta minutos
después, la eyección llegó a la Tierra con
partículas de carga magnética muy intensa. El campo
magnético terrestre se deformó completamente y esto
permitió la entrada de partículas solares hasta la
alta atmósfera, dónde provocaron extensas auroras
boreales e interrupciones en las redes de telégrafo, que
entonces estaba todavía muy poco desarrollado.

La gran tormenta de 1859 fue precedida de la
aparición, en el Sol, de un grupo numeroso de manchas
solares cercanas al ecuador solar, casi en el momento de
máxima actividad del ciclo solar, de una magnitud tan
grande que se podían ver a simple vista, con una
protección adecuada. En el momento de la eyección
de masa coronal el grupo de manchas estaba frente a la Tierra,
aunque no parece que sea necesaria tanta puntería, cuando
la materia coronal llega a la órbita terrestre abarca una
extensión de 50 millones de kilómetros, miles de
veces la dimensión de la Tierra.

La intensa fulguración de 1859 liberó dos
eyecciones de materia coronal: la primera tardó entre 40 y
60 horas para llegar a la Tierra (tiempo habitual) mientras la
segunda, liberada por el Sol antes de que se llenase el
vacío dejado por la primera, solamente tardó unas
17 horas para llegar a la Tierra. La primera eyección iba
acompañada de un intenso campo magnético
helicoidal, según los datos de los magnetómetros de
la época. Esta primera etapa quedó registrada en
los magnetómetros de superficie como un inicio brusco de
actividad, pero no tuvo otros efectos. Al principio apuntaba al
norte, pero después de 15 h en lugar de reforzar el campo
terrestre se oponía al campo mencionado. Esta
oposición liberó gran cantidad de energía,
que comenzó a interrumpir las comunicaciones
telegráficas y formar auroras boreales, hasta pasados uno
o dos días, en que, una vez que el plasma pasó
más allá de la Tierra, dejó que el campo
magnético de la Tierra volviese a la
normalidad.

Erupciones
solares y la era de las telecomunicaciones

El Sol no sólo es luz; también es un
gigantesco campo magnético, con líneas
magnéticas recorriendo de polo a polo. Su fuerza rotatoria
va torciendo estas líneas imaginarias en un ciclo que dura
unos 11 años. En el clímax de su torcimiento se
crean las manchas solares en la zona ecuatorial de la estrella.
En ocasiones, enormes burbujas de gas y magnetismo se liberan y
consiguen superar la barrera magnética (corona) que rodea
el Sol, provocando una eyección de masa coronal que sale
disparada hacia el espacio. Si la Tierra se encuentra en su
trayectoria puede pasar lo peor.

La triple oleada tiene diferentes consecuencias en la
Tierra. Lo primero en llegar es la luz, que incluye rayos X y
ultravioleta. Esto provoca la ionización de la
atmósfera superior de la Tierra, interfiriendo en las
comunicaciones de radio. Detrás llega la tormenta de
radiaciones. Los astronautas están obligados a protegerse
tras un aviso de su llegada. La tercera en venir es la nube de
partículas de alta energía. Sus partículas
cargadas eléctricamente interactúan con la
magnetosfera terrestre provocando fluctuaciones hasta
desencadenar una tormenta magnética.

Si se llegase a producir más llamaradas, algunas
de gran intensidad. Toda la que alcance la categoría X
podría dejar fuera de combate las comunicaciones por
radio, alteraría la fiabilidad del GPS, provocaría
apagones eléctricos generalizados y hasta radiación
en los pasajeros de los vuelos de gran altitud.

Según un estudio de la National Academies de EEUU
de 2008, una erupción solar como la de 1859
desencadenaría hoy una tormenta geomagnética que
afectaría críticamente a las infraestructuras
modernas. Entonces, la llamarada provocó tal nube de
partículas que aplastó la magnetosfera. Este
círculo invisible de magnetismo protege a la Tierra de los
vientos solares y la mayor parte de la radiación
cósmica. Su alcance es de unos 60.000 kilómetros
pero en 1859 se contrajo hasta los 7.000 kilómetros por la
presión invisible que procedía del Sol.

Lo primero que sucedería con una erupción
solar de clase X sería que la ionosfera terrestre se
calentaría, cambiando su densidad y composición, lo
que afectaría a las comunicaciones por radio y a la
señal del GPS. Peor aún, puede crear intensas
corrientes eléctricas en la ionosfera llamadas
electrojets. Estas corrientes provocan un fenómeno
eléctrico denominado "centelleo" que cambia la amplitud,
fase, polarización y el ángulo de llegada de las
señales. Según un informe del Departamento de
Seguridad Interior de EEUU, la señal del GPS no
sólo llegaría degradada sino que la tormenta
geomagnética podría impedir que la Tierra recibiera
la señal emitida por los 30 satélites de la
constelación GPS.

En tierra, las cosas no serían mejores. La
troposfera se cargaría de electricidad de tal manera que
hasta el agua de los océanos echaría chispas. Tal
cantidad de energía buscaría un camino por donde
moverse: de los cables eléctricos a los transformadores,
recalentándolos hasta quemarlos. Durante la tormenta de
marzo de 1989, la zona occidental de Canadá se
quedó a oscuras.

"Una tormenta similar en la actualidad nos podría
dejar asombrados" Lika Guhathakurta.

El gran problema es que no se sabe cuándo
será la siguiente tormenta ni su intensidad. Se conoce
bien el ciclo solar, se sabe que está a punto de alcanzar
su clímax, pero nada más. La NASA y la agencia
espacial europea han sembrado los alrededores del Sol de una red
de sensores. La mayoría están diseñados para
labores de investigación, pero los más recientes,
como el Solar Dynamics Observatory, tienen entre sus misiones
vigilar la aparición de nuevas erupciones. Son ellos los
que pueden avisar con entre 15 o 30 minutos de antelación.
Con la información recibida, el Centro de
Predicción del Tiempo Espacial de la NOAA (agencia de
EEUU) elabora partes diarios para un millar de empresas e
instituciones de todo el mundo.

Aunque se está trabajando en modelos
informáticos para anticiparse al Sol, lo más
realista hoy es prepararse para minimizar su impacto. A finales
de 2010, EEUU puso en marcha el programa Escudo Solar. Su primer
objetivo es modelar en tres dimensiones la eyección de
masa coronal camino de la Tierra. Esta tercera oleada tarda
varias horas y hasta un día en llegar. Con el modelo se
puede anticipar dónde y con qué intensidad
golpeará. En ese tiempo, los responsables de las
infraestructuras deberán suspender los elementos clave
para evitar que, como en 1859, los telégrafos
ardan.

Una tormenta solar de esta magnitud tendría
graves consecuencias para la civilización actual. Los
rayos cósmicos erosionan los paneles solares de los
satélites artificiales y reducen su capacidad para generar
electricidad. Muchos satélites de comunicaciones, por
ejemplo la ANIK E1 y la E2 en 1994 y Telstar 401 de 1997 han
resultado dañados por este motivo. Un caso un poco
diferente se debe a la expansión de la atmósfera
por los rayos X que produjo daños al Asko japonés
el 14 de julio de 2000.

Los satélites artificiales han sido
diseñados específicamente para evitar las
calamidades del clima espacial, pero las redes eléctricas
son incluso más frágiles. Los grandes
transformadores están conectados a tierra y, por tanto,
pueden ser susceptibles de ser dañados por las corrientes
continuas inducidas por las perturbaciones geomagnéticas y
aunque los transformadores evitasen la destrucción de los
núcleos magnéticos se podrían cargar durante
la mitad del ciclo de corriente alterna, lo que
distorsionaría la forma de las ondas de 50 o 60
Hertz.

En el año 1859, el invento del telégrafo
se había producido 15 años atrás y la
infraestructura eléctrica estaba realmente en su infancia.
La tormenta solar de 1994 causó errores en dos
satélites de comunicaciones, afectando a los
periódicos, las redes de televisión y el servicio
de radio en Canadá. Otras tormentas han afectado sistemas
desde servicios móviles y señales de TV hasta
sistemas GPS y redes de electricidad. En marzo de 1989, una
tormenta solar mucho menos intensa que la perfecta tormenta
espacial de 1859, provocó que la planta
hidroeléctrica de Quebec (Canadá) se detuviera
durante más de nueve horas; los daños y la
pérdida de ingresos resultante se estiman en cientos de
millones de dólares.

Si la tormenta de Carrington no tuvo consecuencias
brutales fue debido a que nuestra civilización
tecnológica todavía estaba en sus inicios: si se
diese hoy los satélites artificiales dejarían de
funcionar, las comunicaciones de radio se interrumpirían y
los apagones eléctricos tendrían proporciones
continentales y los servicios quedarían interrumpidos
durante semanas. Según los registros obtenidos de las
muestras de hielo una fulguración solar de esta magnitud
no se ha producido en los últimos 500 años, aunque
se producen tormentas solares relativamente fuertes cada
cincuenta años.

Conclusión

El mundo en el cuál vivimos actualmente, esta
dependiente de tanta tecnología que todo es controlado de
forma satelital, y no se han tomado las previsiones necesarias
para poder enfrentar una catástrofe de tal magnitud si
ocurriera en nuestra época una eyección de masa
coronaria de grado X, el caos reinaría en todo el planeta,
pero aun así estamos a tiempo de poder evitar estas
consecuencias si es divulgada la información sobre las
erupciones solares y mejorando los satélites
geoestacionarios que se encargan de enviarnos toda la
información necesaria para prevenir y evitar grandes
secuelas.

 

 

Autor:

Carmen Gabriela Sánchez

 

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