Los destellos solares

Los destellos solares son descargas súbitas y violentas de energía que ocurren en la vecindad de regiones activas en la superficie del Sol. Emiten partículas atómicas y radiación en todo el rango del espectro electromagnético, desde rayos g y rayos X duros (longitudes de onda de menos de 10 - 10 m) hasta longitudes de onda radio de varios kilómetros. El primer destello en luz blanca fue observado el 1 de septiembre de 1859 por los astrónomos ingleses Richard Carrington y Hodgson, en forma de media luna en las proximidades de un gran grupo de manchas solares, aunque es poco frecuente que se puedan observar en luz blanca sobre el fondo brillante de la fotosfera. Ellos advirtieron que estas brillantes masas se movían rápidamente (a velocidades superiores a los 100 km/s) sobre las manchas y sin alterar sus formas. Poco después de producirse este fenómeno, los instrumentos magnéticos dejaron de funcionar en un buen número de estaciones, indicando tormentas magnéticas extremadamente fuertes y el servicio telegráfico interrumpió sus operaciones. Aquel día y al día siguiente se pudieron observar en casi toda Europa y América auroras boreales espectaculares.

Los destellos solares, conocidos también como flares, ocurren cuando la energía magnética acumulada en la atmósfera solar cercana a una mancha, es repentinamente liberada, en un estallido equivalente a 10 x 10 6 erupciones volcánicas. La Tierra puede ser embestida por radiación - incluyendo las ondas de radio, rayos X y rayos gamma, y partículas cargadas - luego de una fulguración solar, a pesar de que la mayoría de las partículas son desviadas por el campo magnético terrestre. Las fulguraciones más potentes ocurren varias veces por año, mientras que las más débiles son relativamente comunes, ocurriendo a razón de una docena por día durante los períodos de mayor actividad solar.

La Eyección de Masa Coronal

Uno de los eventos solares más importantes considerados desde una perspectiva terrestre, es la Eyección de Masa Coronal (CME, por sus siglas en inglés). Una CME es la erupción de una enorme nube de plasma que proviene de la atmósfera exterior del Sol, la corona. La corona es la región gaseosa por encima de la superficie solar que se extiende millones de kilómetros en el espacio. Tenue y débil comparada con la superficie del Sol, la corona es visible a simple vista únicamente durante un eclipse total de Sol. La temperatura en esta región es superior a un millón de grados Celsius, 200 veces más caliente que la superficie del Sol.

El motivo por el cual la corona es más caliente que la superficie es aún un misterio para los científicos, pero la mayoría sospecha que tiene que ver con los complicados campos magnéticos que irrumpen desde el interior y se desparraman sobre la superficie en enormes arcos y rizos. El fortalecimiento y la interacción de estos rizos magnéticos, los cuales pueden extenderse por encima o por debajo unos de otros e incluso entrelazarse, parece suministrar la energía para calentar la corona y producir la violenta explosión de una CME. Se cree que los rizos magnéticos más largos y altos del Sol impiden a los nuevos y pequeños campos emerger desde la superficie. También sujetan al caliente plasma transportado por aquellos campos. Esta red de rizos magnéticos frena al plasma y los campos magnéticos que tratan de subir a la corona. Esto ocasiona una enorme acumulación de energía. Eventualmente algunos de los rizos magnéticos entretejidos emergen y se cancelan mutuamente, haciendo un agujero en la red magnética y permitiendo a una CME escapar a gran velocidad.

Una vez que escapa de la gravedad solar, una CME desarrolla gran velocidad a través del espacio, alrededor de 1.5 x 10 6 km/h (400 Km/s), y las más veloces llegan a viajar a 8 x 106 km/h. Una típica CME puede acarrear más de 10 000 millones de toneladas de plasma hacia el Sistema Solar, una masa semejante a la de 100 000 acorazados.

Unas horas después de salir hacia el espacio, una nube de CME puede crecer hasta dimensiones que exceden aún las del Sol, a menudo de 50 x 10 6 km de ancho. A medida que avanza en el viento solar, una CME puede crear una onda de choque que acelera partículas hasta peligrosos niveles de energía y velocidad. Detrás de la onda de choque, la nube de la CME viajara a través del sistema solar bombardeando planetas, asteroides y otros objetos con radiación y plasma.

Las auroras boreales

Las Eyecciones de Masa Coronal (CMEs, por sus siglas en inglés) ocurren desde unas pocas veces por semanas hasta varias veces por día, dependiendo de cuan activo pueda estar el Sol. Y debido al tamaño de las nubes de plasmas que ellas producen, las probabilidades indican que la Tierra será alcanzada por una CME de vez en cuando.

Pero algunas partículas energéticas ingresan en la magnetosfera, filtrándose por zonas cercanas a los polos geográficos Norte y Sur, donde el campo magnético es más débil y la magnetosfera está parcialmente abierta hacia el espacio. El flujo de plasma que ingresa puede inducir tormentas magnéticas, alterar el campo magnético medido sobre la superficie y producir un fenómeno conocido como auroras.

Infinidades de cosas pueden suceder en la magnetosfera durante una tormenta magnética, ya que mucha energía es arrojada en el sistema. Al ser bombardeados por el plasma del espacio o aún de las zonas más lejanas de la magnetosfera, los electrones, protones e iones de oxígeno de los cinturones de Van Allen, se hacen más densos, calientes y veloces. Debido a su movimiento, estas partículas producen 1 x 10 6 amperios de corriente eléctrica, una sacudida de energía que puede disminuir la intensidad del campo magnético terrestre. Parte de esa corriente fluye a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético terrestre hacia la alta atmósfera. El paso de corriente eléctrica a través de la alta atmósfera y la pérdida de electrones y protones de la magnetosfera pueden causar el calentamiento y expansión de la atmósfera, incrementando su intensidad a gran altura.

Finalmente algunas de las partículas excitadas de los cinturones de radiación pueden sumergirse en la alta atmósfera, donde chocan con el oxígeno y el nitrógeno. Estas colisiones - que usualmente suceden entre 65 y 320 km sobre la superficie - excitan eléctricamente al oxígeno y al nitrógeno y éstos emiten luz (los tubos fluorescentes y los televisores funcionan de modo similar). El resultado es una danza cautivamente de luces verde, azul, blanca y roja, conocidas como la aurora boreal y austral ("luces del norte y luces del sur"). Las auroras aparecen como sutiles cortinas ondulantes en el cielo nocturno, o simplemente como parpadeantes bandas difusas. Ambas nos dicen que algo eléctrico está sucediendo en el espacio que rodea a la Tierra.

Consecuencia de las Tormentas Solares para nuestro planeta

Junto con las brillantes auroras, hay otros efectos menos benévolos provenientes de la conexión Sol-Tierra. En realidad, las brillantes auroras constituyen sólo una muestra visible de la alteración que la magnetósfera terrestre ha sufrido en su balance de energía eléctrica y magnética. Con la descarga promedio de 1 500 Gigavatios de electricidad que las CME realizan en la alta atmósfera, pueden ocurrir grandes cambios en nuestro espacio. Esa descarga equivale al doble de la capacidad de generación de energía eléctrica de los Estados Unidos en su totalidad. Esos cambios pueden hacer estragos en un planeta que depende de satélites, energía eléctrica y comunicaciones de radio, todos ellos susceptibles a ser afectados por fuerzas eléctricas y magnéticas.

El ciclo solar número 20 fue considerado como de actividad media, pero en agosto de 1972 tuvo una resurgencia, presentándose en la primera decena el grupo de manchas más importante del período, si tenemos en cuenta los grandes destellos que lo acompañaron, como el ocurrido el día 7 (uno de los mayores registrado), provocando un incremento en la actividad auroral y un bloqueo total de las comunicaciones en Europa. En muchos países de pronto se comenzaron a recibir transmisiones de radio y TV procedentes de otros muy distantes y sin embargo, las propias no se recibían en los respectivos territorios nacionales, lo cual, lógicamente, fue un caso extremo.

La mayor estructura lanzada al espacio en la década de los 70 fue el laboratorio orbital tripulado Skylab, puesta en órbita a una altura de 435 km el 14 de mayo de 1973, en ella se llevo a cabo una gran variedad de experimentos y observaciones; la Astronomía solar ocupó alrededor del 30 % del tiempo total disponible. El Skylab hizo su reentrada fragmentándose en la atmósfera el 11 de julio de 1979, esto ocurrió como resultado de los efectos del incremento de la actividad solar sobre las zonas superiores de la atmósfera terrestre, su contribución al conocimiento del Sol fue inmensa, incluyendo el descubrimiento de importantes fenómenos nuevos como los agujeros coronales.

Un gran grupo de manchas solares observado en la primera quincena del mes de marzo de 1989, durante el período de máxima actividad del ciclo solar número 22, da lugar en las primeras horas de la mañana del día 6 a una fuerte explosión solar (destello de clase X 15, el más fuerte de los últimos 20 años), saturando los instrumentos de medición de numerosos observatorios astronómicos del mundo e incrementando el flujo de radioemisión solar en 53 veces, provocando un aumento súbito de la concentración electrónica de la ionosfera y la absorción de las ondas de radio, además propició el reforzamiento de la tormenta magnética que se había iniciado el día 3. Estos efectos ocasionaron en Cuba las interrupciones en las comunicaciones y un total bloqueo en prácticamente toda la banda del espectro de onda corta el día 6, los que se agudizaron al día siguiente por la nueva explosión. El 9 de marzo tiene lugar una nueva explosión solar que batió el récord absoluto, ocurriendo en el mismo sector del borde Este (E) del Sol que la anterior, en la noche del día 12 comienza una tormenta magnética de gran intensidad, consecuencia de las explosiones que se habían registrado anteriormente, la misma se desarrollo durante todo el día 13 con variaciones tan notables que la convirtieron en la más fuerte de las ocurridas en las dos últimas décadas.

Entre las siete y las nueve de la noche (hora de Cuba) del 13 de marzo de 1989 se observó desde gran parte de la isla un fenómeno poco frecuente en el cielo tropical nocturno: una Aurora Boreal, calificada como de gran intensidad, cuya aparición en nuestra latitud puede observarse sólo cuando se produce la penetración en la zona polar de intensos flujos de partículas procedentes del Sol y las condiciones meteorológicas de la atmósfera favorecen su propagación hacia regiones de bajas latitudes. Esta aurora boreal fue consecuencia de la gran actividad solar que se vino registrando desde el 6 de marzo con la aparición por el borde Este del Sol de un gran grupo de manchas, el mayor de los últimos 20 años, el cual provoca seis destellos intensos en luz blanca y rayos X y múltiples eventos en radiondas.

La iniciación del período de hiperactividad solar, estaba prevista inicialmente por los científicos para los años 1991-1992, pero se desato con dos años de antelación, traicionando el Sol a los astrónomos que se preparaban para su estudio, abortando proyectos de investigación tan importantes como el Solar Max 91.

Las CMEs pueden ser peligrosas para los satélites que se mueven dentro y fuera de los cinturones de radiación y el viento solar. Por ejemplo, la serie de fulguraciones y eyecciones de masa coronal ocurridas en marzo de 1989, produjeron una poderosa tormenta magnética. Después que las partículas y la energía bombardearon la Tierra, más de 1 500 satélites disminuyeron su velocidad o perdieron varios kilómetros de altura en sus órbitas, debido a la creciente fricción con la atmósfera.

El 4 de junio de 1991 todo parece normal en la Tierra, pero en el Sol, había ocurrido un fuerte destello y una intensa tormenta magnética se inicia el propio día a las 05:15 U.T. y finaliza el día 6 a las 14:00 U.T., con severas interrupciones en las comunicaciones a todo lo largo y ancho de la isla. Asociado con el grupo de manchas muy activo se inicia el día 12 a las 10:13 U.T. la quinta tormenta magnética de considerable intensidad, la cual deja de influir sobre el campo magnético terrestre en la noche del día 13.

Pero la creciente fricción atmosférica no es el único efecto que las CMEs ejercen sobre los satélites. Los electrones de alta energía, excitados y acelerados por una tormenta, erosionan los paneles solares empleados para proveer energías a los satélites, y pueden alterar y aún fundir sus computadoras. El incremento en el flujo eléctrico en el espacio terrestre, también provoca una descarga eléctrica sobre la superficie del vehículo espacial. Esa descarga puede ser eventualmente liberada mediante una chispa. En 1994, dos satélites canadienses fueron averiados cuando sufrieron descargas eléctricas durante tormentas magnéticas; como consecuencia de ello, el servicio telefónico canadiense se vio afectado durante meses.

De modo similar el 6 de enero de 1997, mientras gran parte del viejo continente - Europa - se encontraba envuelta en una intensa ola de frío, nieve y tormentas, en nuestra estrella ocurría todo lo contrario, tenía lugar una erupción o destello solar cuyos efectos alcanzaron nuestro planeta cuatro días más tarde, es decir, el día 10. La eyección de masa coronal - que es capaz de impulsar material a alta velocidad, por las líneas del campo magnético solar - se convirtió en una burbuja magnética, que a su llegada a la atmósfera terrestre provocó una tormenta magnética de partículas solares, pero que, al contrario de otras tormentas similares - como la ocurrida en el mes de marzo de 1989 -, está no ocasionó grandes afectaciones en las telecomunicaciones y en el suministro de energía eléctrica, y si unas sorprendentes y espectaculares auroras boreales.

Quién sufrió los efectos directos de la radiación solar fue el satélite Telstar - 401, el cual dejó de funcionar definitivamente el día 11, arruinando los 200 millones de dólares que costó su fabricación e interrumpiendo las señales televisivas, llamadas telefónicas y parte de la red de monitoreo sísmico de los Estados Unidos.

El fenómeno fue seguido desde sus inicios por una cuadrilla de satélites que se encontraban en el espacio. Los protagonistas forman parte del ISTP (Programa Internacional de Física Solar Terrestre) y fueron La SOHO (ESA / NASA), quién detectó la erupción desde el primer momento en que se producía; La Wind (NASA), que detectó a los cuatro días las perturbaciones en los alrededores de la Tierra; La Polar de la NASA; El Geotail y algunos instrumentos del Laboratorio Nacional de los Alamos (California), (EE.UU), que captaron las perturbaciones en los cinturones de radiación, por efecto de las partículas energéticas.

Este espectacular fenómeno fue el segundo de su tipo observado durante el mínimo del ciclo de actividad solar, y el primero en provocar una tormenta magnética también durante un mínimo.

Las tormentas magnéticas también causan estragos en las señales de radio, las cuales son reflejadas por la ionósfera terrestre, es decir, la capa más externa de nuestra atmósfera, (formada en su mayor parte por plasma), como una especie de estación natural de retransmisión. En marzo de 1989, oyentes de Minnesota reportaron que no podían escuchar sus estaciones locales de radio, y en cambio podían oír transmisiones de la Patrulla de Autopistas de California. En un caso extremo, las tormentas magnéticas pueden impedir completamente las comunicaciones alrededor de los polos de la Tierra, durante horas y hasta varios días.

En Tierra, las tormentas magnéticas pueden afectar la intensidad del campo magnético terrestre. Estos cambios en el campo magnético pueden producir aumentos de energía en las líneas de alta tensión y ocasionar elevadas corrientes eléctricas en los gasoductos y oleoductos, que pueden corroerlos y deteriorarlos prematuramente; en las líneas de alta tensión el exceso de electricidad puede quemar sus transformadores y producir apagones. Durante la tormenta de marzo de 1989, se quemó un transformador en la planta de energía de Nueva Jersey, y todo un sistema se apagó en la estación eléctrica de Hydro-Quebec, dejando a 6 millones de personas en Canadá y EE.UU sin electricidad durante nueve horas, y en algunos casos varios meses.

Debido a que mucha información moderna es transmitida por satélites y otras tecnologías avanzadas - desde cajeros automáticos y señales de radiodifusión hasta el Sistema de Posicionamiento Global y sistemas de señales de emergencia - las CMEs planean un peligro natural y tecnológico para la vida en la Tierra.