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Por Román Vena Valdarenas

 

Límites y alcances de la meteorología espacial respecto de los impactos del Sol sobre la Tierra

 

La meteorología espacial es una rama de la ciencia que se ocupa principalmente de comprender y predecir la actividad solar y su influencia en nuestro planeta. Sus raíces se remontan al siglo XIX, con observaciones pioneras de manchas solares y mediciones del campo magnético terrestre. 
En la actualidad la sociedad depende cada vez más de infraestructuras terrestres y espaciales, volviéndose vulnerables a los efectos de la actividad solar. 
La meteorología espacial puede afectar una amplia gama de aspectos de nuestras vidas y tecnologías: desde los sistemas de telecomunicaciones y el funcionamiento de los satélites hasta la salud de los astronautas en el espacio. 
Algunos eventos extremos pueden poner en peligro la fiabilidad de servicios esenciales como las comunicaciones por satélite, los sistemas de navegación GPS e incluso las conversaciones de telefonía celular. El estudio de la actividad solar, mediante la meteorología espacial, nos permite comprender y predecir los impactos de la actividad del sol.
Actividad solar
El Sol, nuestra estrella más cercana, es la fuente principal de energía en la Tierra y desempeña un papel crucial en la meteorología espacial. Genera energía a través de la fusión nuclear que se produce en su núcleo, liberando radiación en varias formas, desde ondas de radio hasta rayos gamma. Afortunadamente, nuestra atmósfera bloquea la radiación más perjudicial, como los rayos X y gamma. Además, el Sol emite un flujo constante de partículas cargadas conocido como viento solar, que viaja por el espacio liberando cantidades enormes de energía a lo largo de su camino. Estas partículas y la radiación que emanan del Sol afectan a la Tierra y son los componentes clave de la meteorología espacial.
La actividad solar tiene su origen en el complejo campo magnético del Sol que genera poderosas perturbaciones magnéticas. Dado que las partículas cargadas en el plasma solar responden a los campos eléctricos y magnéticos, éstas están estrechamente ligadas al campo magnético solar y sus perturbaciones. 
El campo magnético solar experimenta un ciclo de aproximadamente 11 años, pasando de períodos de calma a períodos de gran actividad. Esta actividad solar se manifiesta en las capas externas del Sol, que son visibles para nosotros. La fotosfera emite luz en el espectro visible y es la que podemos ver directamente. La cromosfera, situada por encima de la fotosfera, emite luz ultravioleta y rayos X. Para observar la cromosfera necesitamos filtros y telescopios especiales. La corona, la capa más externa, se extiende a distancias muy lejanas de la superficie solar y está a una temperatura de aproximadamente 2 millones de grados Celsius. La corona sólo es visible desde la Tierra durante un eclipse solar total, pero la tecnología espacial nos permite hacer observaciones de la corona de manera continua.
Algunas de las manifestaciones más significativas de la actividad solar son:
Manchas Solares: son regiones oscuras en la fotosfera donde el campo magnético es intenso y la temperatura es más baja que en otras partes. Estas manchas solares varían día a día y tienen una vida media de días a semanas. Su aparición está vinculada al ciclo magnético solar de aproximadamente 11 años.
Región de manchas solares donde se agregó la Tierra en escala a modo de comparación.

 

Filamentos y protuberancias: son estructuras de plasma en la cromosfera que pueden durar días, semanas o incluso meses. Los filamentos son nubes de plasma densas y frías que se encuentran sobre la superficie solar y están atrapadas por el campo magnético solar. Las protuberancias son similares a los filamentos pero se observan como bucles que se extienden más allá del disco solar.

 

Los filamentos están señalados con flechas. Crédito: NASA/ESA.

 

Fulguraciones solares: son explosiones repentinas y violentas de energía y partículas cerca de regiones activas en la cromosfera solar. Emiten radiación electromagnética, incluyendo rayos X, radiación ultravioleta, luz visible y ondas de radio. La energía liberada en una fulguración solar es enormemente mayor que la de una explosión volcánica en la Tierra.

 

Fulguración emitida por el Sol el 10 de septiembre de 2017 obtenida por el Observatorio de Dinámica Solar. Crédito: NASA/GSFC/SDO.

 

Viento solar: es un flujo continuo de plasma compuesto principalmente de protones energéticos y electrones, que se expulsa desde la superficie del Sol y viaja por el sistema solar, incluso más allá de la órbita de Plutón.
Eyecciones de masa coronal: son explosiones violentas que arrojan millones de toneladas de material de la corona solar hacia el espacio. Estas eyecciones contienen partículas energéticas y poderosos campos magnéticos. Suelen estar asociadas con regiones activas del Sol y ocurren con mayor frecuencia durante los máximos del ciclo solar.

Una eyección de masa coronal el 27 de febrero de 2000 capturada por SOHO LASCO C2 y C3. Una eyección de masa coronal arroja al espacio mil millones de toneladas de partículas viajando a millones de millas por hora. Crédito: SOHO ESA y NASA.
Efectos de la Meteorología solar en la Tierra
A pesar de nuestra protección, la meteorología solar aún puede afectarnos de varias maneras. La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA por sus siglas en inglés) ha categorizado los eventos extremos de Meteorología del Espacio en tres clases principales:
Tormentas geomagnéticas: estas perturbaciones significativas de la magnetósfera de la Tierra son causadas por el intercambio de energía desde el viento solar hacia el entorno espacial terrestre. Estas tormentas pueden inducir corrientes en sistemas eléctricos importantes en la superficie de la Tierra, lo que ha causado apagones en el pasado.
Tormentas de radiación solar: se desencadenan por la liberación de partículas energéticas en la atmósfera solar. Estas partículas cargadas de alta velocidad pueden penetrar la magnetosfera poniendo en riesgo a astronautas y naves espaciales en órbita.
Apagones de radio: están relacionados con la absorción de ondas de radio por una ionósfera perturbada, especialmente durante las fulguraciones solares. Estos fenómenos bloquean las señales de radio que normalmente se reflejan en la ionósfera, interrumpiendo las comunicaciones en ciertas frecuencias.
Interacción Sol-Tierra
Nuestra Tierra está protegida por un campo magnético que desvía las partículas cargadas solares y evita que el viento solar arrastre nuestra atmósfera al espacio. Sin embargo, durante eventos solares intensos, como las eyecciones de masa coronal, la magnetosfera puede verse perturbada, dando lugar a tormentas geomagnéticas y auroras boreales o australes.
Comprender y monitorear la actividad solar es esencial para proteger a los astronautas, prevenir interferencias en las comunicaciones y mitigar cortes en la corriente eléctrica, entre otros efectos en la Tierra y su entorno.
Auroras polares
Las auroras polares son un fenómeno que está intrínsecamente relacionado con la meteorología solar, ya que está relacionado con la interacción entre el viento solar y el campo magnético de la Tierra. Cuando este viento solar alcanza la Tierra, su interacción con el campo magnético terrestre es fundamental. La magnetosfera de la Tierra actúa como un escudo protector que desvía y canaliza el viento solar hacia las regiones polares.
El viento solar transporta partículas cargadas, principalmente electrones y protones. Cuando estas partículas energéticas penetran en la atmósfera terrestre cerca de los polos, interactúan con átomos y moléculas de la atmósfera superior. Estas interacciones provocan la emisión de luz en forma de auroras, creando los hermosos colores y patrones que vemos en las auroras boreales en el hemisferio norte y australes en el hemisferio sur.
Las auroras polares son indicadoes visibles de la actividad solar. Durante períodos de alta actividad solar, como los máximos solares, las auroras son más frecuentes y visibles en latitudes más bajas, acercándose a regiones no polares. Por otro lado, durante los mínimos solares, son menos comunes y su visibilidad se restringe principalmente a las regiones polares. La meteorología solar, que estudia la actividad del Sol y sus efectos en la Tierra, es esencial para comprender cuándo y con qué intensidad se pueden producir auroras polares. Además, las erupciones solares y las eyecciones de masa coronal, que a menudo están asociadas con las auroras, pueden tener un impacto significativo en las comunicaciones satelitales, la navegación GPS y la red eléctrica. Por lo tanto, el monitoreo de la meteorología solar es crucial para prevenir y mitigar posibles problemas tecnológicos.

 

Aurora Austral en la Base Belgrano II de la Antártida Argentina. Crédito: José Damián Ojeda.

 

Aurora boreal sobre el lago Bear en la Base de la Fuerza Aérea Eielson, Alaska, Estados Unidos. Crédito: Senior Airman Joshua Strang.

 

 

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