Mal tempo en heliosfera

Roa Zubia, Guillermo

Elhuyar Zientzia

A Terra forma parte da Heliosfera. Chégalle a luz e a calor do sol e o vento solar. E cando o vento é forte, os aparellos electrónicos empezan a fallar e os astronautas necesitan protección. É una tormenta. A Terra ten un escudo magnético que a protexe e, con todo, é necesario predicir o tempo do espazo.
eguraldi-txarra-heliosferan
As erupciones solares deforman o campo magnético da Terra (en azul) e provocan o mal tempo do espazo. Imaxe: Guillermo Roia/Elhuyar Fundazioa.

Os satélites paira televisión canadense Ani E1 e Ani E2 fallaron en 1994 debido á actividade solar. Eran geoestacionarios --de órbita moi alta- e o forte vento solar do 20 de xaneiro afectou moito á electrónica dos satélites. O sinal do satélite E1 tivo una interrupción de sete horas. E una hora despois de recuperar o sinal, estragouse un giróscopo de E2, cuxa función era estabilizar a orientación do satélite e a avaría provocou a perda de orientación do satélite.

Durante cinco meses, o satélite non puido permanecer mirando cara á Terra e tiveron que facer pasar todo o sinal polo satélite E1. Os técnicos de televisión tiveron que adaptar as antenas dos canadenses paira recibir o sinal desde o satélite E1 e pasaron meses ata que, una vez reparado o E2, puideron volver ao seu estado inicial.

O dano causado polo vento solar pode ser mesmo maior que a perda do sinal do televisor. As tormentas solares han provocado apagamentos, por exemplo, o 5 de marzo deste ano produciuse una gran erupción tipo X no Sol, a máis forte de todos os tipos, e a interrupción da comunicación por ondas de radio en Australia, China e India.

En canto aos satélites, destaca o servizo GPS. Os seus satélites non son geoestacionarios, pero si de órbita alta, e están a ser constantemente atacados polo tempo do espazo. Segundo os expertos, durante unha tormenta magnética, o sistema GPS pode ter una incidencia de 100 metros no posicionamento. O cambio de 100 metros é demasiado grande paira actividades que dependen da precisión do GPS: navegación, mantemento puntual de plataformas petrolíferas mariñas, topografía, arquitectura, etc.

Tempo do espazo

A maior tormenta solar rexistrada na historia foi a tormenta de Carrington en 1859. As auroras boreales provocadas pola tormenta tamén foron vistas no Caribe. Naquela época non había satélites, pero cortou o sinal do telégrafo en Europa e Norteamérica. Hoxe en día, con todo, una tormenta deste tipo sería un desastre tecnolóxico.

Paira minimizar as perdas, o primeiro paso sería predicir a tormenta. Do mesmo xeito que na meteorología, serían necesarios servizos de predición permanentes.

Hai predicións pero son limitadas. Na actualidade, a observación máis esixente do vento solar realízase nos cintos de Van Achen, dúas zonas orbitarias ao redor da Terra, onde se atopan a maioría dos satélites. Pero non todos: moitos satélites de órbita alta, todos os geoestacionarios e outros como os do sistema GPS, están fóra dos cintos de Van Hall, máis afastados da Terra. Estas órbitas afastadas presentan un maior risco e a capacidade predictiva actual é insuficiente. Por iso, puxéronse en marcha proxectos de mellora da predición, como o proxecto Spacecast da Unión Europea.

Aurora boreal. 10 de febreiro de 2011. Ed. Quicheisinsane/CC BY-NC-ND

Tormenta de dúas tempadas

Os datos das misións ao Sol tamén serven paira facer predicións, xa que a tormenta magnética vén en dúas tempadas. Una erupción, ademais de emitir partículas cargadas, emite radiación. Ambos teñen una velocidade moi diferente. De camiño a terra, as partículas pasan dúas ou tres días de viaxe. (Na tormenta de Carrington chegaron dezasete horas). A radiación tarda tan só oito minutos, xa que se move á velocidade da luz.

Por iso, en primeiro lugar apréciase a influencia da radiación. Inesperadamente e sen que ninguén se dea conta, a electrónica dos satélites sofre o ataque. O campo magnético da Terra desvía a radiación cara aos polos, pero só en certa medida; tormentas magnéticas moi fortes afastadas tamén dos polos son notables. Como o 5 de marzo. De súpeto, as radiocomunicaciones interrompéronse en Asia e Oceanía.

Despois, aproximadamente dúas horas despois, as partículas cargadas máis rápidas comezan a chegar á Terra, as de maior velocidade. Son poucos, pero é o comezo da segunda tempada. A partir de aí, o fluxo de partículas non se interrompe e, en dúas ou tres días, a maioría das partículas cargadas chegan. Esta diferenza entre a radiación e as velocidades das partículas permite predicir a segunda onda de tormenta. A primeira tempada trae o anuncio da segunda. Así souberon que o 7 de marzo o vento solar ía ser moi forte. Con todo, na actualidade a precisión deste anuncio non é elevada.

Lendo neutróns

A forma de afinar os sistemas de predición adoita ser mirar cara atrás no tempo, o que fixo un equipo de detectores de neutróns da Universidade de Delaware. Tómanse os datos das tormentas pasadas e analízase si o sistema é capaz de calcular o seu efecto. A Antártida é un bo lugar porque o campo magnético da Terra desvía a maior parte das partículas cara aos polos e é moi difícil manter un detector de neutróns no Polo norte, onde non hai terra. E a detección de neutróns tamén se debe a que son indicadores de vento solar. Non son partículas cargadas, non hai neutróns no vento solar. Pero os protones e electróns do vento solar chocan contra os átomos da parte superior da atmosfera, e iso si, liberan neutróns.

O sistema de físicos da Universidade de Delaware analiza as primeiras partículas que chegan á Terra, o comezo da segunda onda, e calcula cando e con que forza chegarán a maioría das partículas da tempada. De momento, os resultados foron satisfactorios, pero só están ao principio da investigación.

Debilitando o escudo da Terra
O campo magnético da Terra deu a última volta fai 780.000 anos. Homo erectus, por exemplo, viviu este proceso. Desde entón non sucedeu, pero os científicos calculan que isto ocorreu de media cada 250.000 anos. Tería que suceder xa, pero xa está a pasar?
Os simulacros indican que se trata dunha evolución milenaria. Inicialmente debilítase o campo magnético, créanse novos polos magnéticos e os polos magnéticos norte e sur anteriores deixan de ser únicos. Son máis polos, pero máis débiles. E iso cambia radicalmente a relación entre a Terra e o Sol. O vento solar chega a máis lugares da Terra, a radiación aumenta as mutacións no material xenético dos seres vivos e os ecosistemas cambian. Esta radiación non produce, por exemplo, desaparicións masivas, pero as condicións da Terra cambian. Ao final, a situación retrocede ata que só quedan dúas polos, inversos aos iniciais, e o campo refórzase.
A Terra pode estar ao principio deste proceso. Nos últimos 150 anos o campo magnético debilitouse un 15%. Pero poida que non sexa así.
William Dean Pesnell: "A maior dificultade da misión SDO é manter o fluxo de datos correctamente"
Paira predicir cando o vento solar transformarase nunha tormenta é moi importante observar constantemente a estrela e obter datos da súa actividade. Una das misións que desempeñan este traballo é a do satélite SDO, o observatorio Solar Dynamics Observatory xestionado pola NASA. O responsable científico da misión é William Dean Pesnell, que falou paira a revista Elhuyar sobre o SDO e o seu traballo:
"Traballo no Goddard Space Flight da NASA con científicos e enxeñeiros paira manter en marcha o observatorio SDO, vixiando a transmisión de datos científicos paira bases de datos e traballando con datos que indican a saúde da nave espacial e as súas ferramentas. O noso equipo está en diferentes lugares: Goddard, a Universidade de Colorado, a Universidade de Stanford e a empresa Lockheed Martin. Iso significa que teño que ler e escribir moitas mensaxes porque cada un traballamos no noso horario.
William Dean Pesnell é físico da NASA e responsable científico do observatorio SDO. Ed. NASA ©
Dado que o SDO dispón dunha órbita geoestacionaria, una soa estación é suficiente paira a recollida continua de todos os datos. Esta estación atópase ao sur de Novo México. Alí recollemos os datos do SDO e distribuímolos a grupos de científicos. Se o envase tivese outro tipo de órbita, debería conservar os datos até a súa transmisión no seguinte paso sobre o centro.
A maior dificultade da misión é manter o fluxo de datos correctamente. Até agora todos os problemas xurdiron no chan: uns apagamentos, uns cortes de cables e o tempo cortou os datos. Pero a pesar de ser, conseguimos que o 99,97% dos datos enviados pola nave espacial sexan recolleitos e almacenados.
Un aparello chamado EVE ( Extreme ultraviolet Variability Experimental ) mide una pequena parte da enerxía solar, é dicir, da radiación de lonxitude de onda inferior a 100 nm. Chámase irradiancia espectral. Estas lonxitudes de onda varían coa actividade do Sol, sobre todo en erupciones solares, e debemos medilas no espazo porque son absorbidas pola atmosfera terrestre.
Ciclos 23 e 24 da actividade solar. Os ciclos cóntanse desde 1755 e actualmente estamos no 24. Na imaxe represéntase o ciclo 23 completo cos datos do ciclo actual e a evolución esperada. Ed. NASA/msfc ©
A actividade solar ten un ciclo de 11 anos e a irradiancia varía aproximadamente un 0,1%. A variación é realmente moi pequena, pero nalgunhas lonxitudes de onda a variación é moi grande: Son 1000 veces maiores en erupciones. Por tanto, a variación de toda a irradiancia é pequena, pero a incidencia dunha parte é moi elevada. Os astrónomos saben que o Sol non debería cambiar así. Pero cambia, o que nos dá una idea do que supón un ciclo de 11 anos.
Provén da zona de convección, dunha parte interna do Sol, onde a calor móvese debido a que soben as burbullas formadas por material quente por baixo. E xorde o ciclo porque o movemento do material xera un campo magnético; o sol é una dinamo. Estes movementos son moi complexos, polo que o ciclo non é totalmente regular. O ciclo mínimo de "11 anos" pode ser de 9 anos e o máximo de 14.
O SDO queda tres anos paira responder ás nosas preguntas de investigación: que é o que provoca o campo magnético do Sol, como se destrúe e si pódense predicir as características do campo".
Agasallo final, ás veces verde
Xullo Verne fixo famoso o raio verde cunha novela. Se o ceo está moi limpo, ás veces vese á tardiña desde o nivel do mar: o último raio de sol é verde. Nas mellores condicións, os dous últimos segundos aproximadamente. Una lenda di que dúas persoas que ven o raio verde namóranse xuntos, e Verne abordou esa lenda paira escribir a novela. E pola lenda e a fama da novela, moitas veces púxose en dúbida que o raio verde non é máis que un invento.
Ed. Inaglory/CC BY-SA de Brock
Pero o raio verde non é un invento. É un auténtico fenómeno óptico. A explicación física non é complexa; cando a luz chega cun pequeno ángulo, a atmosfera actúa como un prisma, é dicir, refracta as cores da luz en diferentes direccións. E en determinadas condicións este efecto vese. Á noitiña ou ao amencer. Ao espectador chéganlle os raios verdes.
De cando en vez a refracción é tan grande como paira ver tamén os raios azuis. É moi difícil ver o Sol azul a primeira ollada. O verde tamén é difícil de ver, proba diso é que hai poucas fotos de raio verde en comparación coas da posta de sol. O raio verde é máis fácil de ver nos trópicos, pero cando as condicións son adecuadas, tamén pode verse en latitudes maiores.
Babesleak
Eusko Jaurlaritzako Industria, Merkataritza eta Turismo Saila