Universo Digital 98. Elevada actividad solar contra todos los pronósticos en enero del 2005.

Transcripción

1 Universo Digital 98 Enorme destello solar expone la necesidad de nuevas teorías sobre el clima espacial. Autor: Angel Alberto González Coroas Licenciado en Física y Astronomía Meteorólogo en el Instituto de Meteorología, Provincia de Camagüey, CUBA. angel@met.cmw.inf.cu A mis hijos Deneb y Altair y a la memoria del que pudo haber sido Antares, pues son el mejor regalo que me ha dado la vida. Elevada actividad solar contra todos los pronósticos en enero del Cada 11 años la actividad en el Sol aumenta considerablemente, las manchas solares se incrementan sobre su superficie; en ocasiones éstas dan lugar a grandes explosiones y enormes nubes de gas conocidas como Eyecciones de Masa Coronal (CME), son lanzadas al espacio recorriendo todo el Sistema Solar y golpeando a su paso a todos sus miembros. La Tierra es impactada con rayos X y protones, y con nudos de magnetismo. A esto se le llama máximo del ciclo solar. En relación con el máximo solar no hay nada ficticio. Durante los episodios más recientes de los años 2000 y 2001 (figura 1), los observadores del cielo observaron auroras tan al sur como en México y la Florida; los astrónomos se maravillaron con las enormes manchas solares que aparecieron y los operadores de satélites y las grandes centrales eléctricas se enfrentaron a serios apagones. Figura 1: Destello solar captado por la nave SOHO en el 2001.

2 Universo Digital 99 En estos momentos el Sol se aproxima al extremo opuesto de su ciclo de actividad solar, es decir, va rumbo a un nuevo mínimo, que se pronostica para el Podemos entonces despreocuparnos, pues durante el mínimo solar el Sol está tranquilo?, Esto no es verdad y la realidad es otra. El físico solar David Hathaway del Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA dice que: La actividad solar nunca se detiene, ni aún durante el mínimo solar. Para demostrar que esto es verdad, Hathaway contó el número de destellos solares de clase X que ocurrieron cada mes durante los últimos tres ciclos solares, un período que abarca desde 1970 hasta el presente (figura 2). Los destellos de clase X son las explosiones solares más poderosas que existen y son asociadas con auroras brillantes y tormentas de radiación intensa. Según Hathaway, durante cada uno de los últimos tres mínimos solares se registro al menos un destello de clase X. Lo que implica que los astronautas que viajen al espacio exterior, lejos de la protección de la atmósfera terrestre y de su campo magnético, nunca pueden bajar la guardia. Figura 2: Frecuencia de los destellos solares durante los últimos tres ciclos solares. Los puntos rojos indican 10 o más destellos en un mes: los puntos amarillos de 3 a 9 destellos, los puntos verdes de 1 a 2 destellos. Crédito: David Hathaway, NASA/MSFC. Eventos recientes confirman este hecho: El 10 de enero del 2005, cuatro años después del último máximo solar el Sol se encontraba apenas con manchas, sólo dos pequeñas manchas solares eran visibles desde la Tierra. Al día siguiente, con asombrosa rapidez todo cambió. El 11 de enero aparece una nueva mancha, al principio no era más que un pequeño punto y rápidamente se convierte en un gigante casi tan grande como el planeta Júpiter (figura 3). Todo sucedió de una forma rápida.

3 Universo Digital 100 Figura 3: Región NOAA 0720 el 16 de enero del 2005 a las 13:00 U.T comparada con el planeta Júpiter. Entre los días 15 y 20 de enero, la gigantesca mancha solar conocida como NOAA 0720 genera un total de cinco destellos de clase X, el día 15 (figura 4) tienen lugar dos clasificados como X 1.2 a las 00:43 UT y X 2.6 a las 23:02 UT, el día 17 tiene lugar un X 3.8 a las 09:52 UT, el 19 un X 1.3 a las 08:22 UT y cierra con el más potente destello que fue un X 7.1 a las 07:01 UT del día 20, provocando primeramente auroras en lugares tan al sur como Arizona en los Estados Unidos y fue alcanzada la Luna con protones de alta energía. Si se hubieran encontrado astronautas en nuestro satélite sin el resguardo, adecuado, con seguridad habrían quedado enfermos por la alta dosis de radiación recibida.

4 Universo Digital 101 Figura 4: Región NOAA 0720 entrando en erupción el 15 de enero del 2005 fotografiada por Jack Newton. Un incidente casi similar al del mes de enero, se pudo ver repetido en abril, cuando el día 25 surge una pequeña mancha solar y como un regreso al pasado creció hasta alcanzar un tamaño varias veces superior al de nuestro planeta en tan sólo 48 horas. En esta ocasión, sin embargo, no hubo grandes destellos. Por qué no hubo grandes destellos de clase X en el mes de abril como los ocurridos en enero? Esto es imposible de explicar. Las manchas solares son impredecibles. Están formadas por intensos campos magnéticos (figura 5) que irrumpen a través de la superficie del Sol. Corrientes eléctricas en lo profundo de nuestra estrella arrastran estos campos por todo el área, provocando que éstos se enreden hasta que se vuelven inestables y estallan. Los destellos solares y las CME son consecuencias de la explosión. El proceso es difícil de pronosticar pues las corrientes subyacentes están ocultas. Algunas veces las manchas solares originan estos grandes destellos, otras veces no.

5 Universo Digital 102 Figura 5: Imagen en el ultravioleta de una mancha solar tomada por la sonda TRACE de la NASA en la cual se observa el complicado campo magnético de la región. Los investigadores como Hathaway estudian las manchas solares y sus campos magnéticos con la esperanza de mejorar esta lamentable situación. Predecir la actividad solar es hoy más importante que nunca. No solamente dependemos cada vez más de tecnologías sensibles al Sol como los teléfonos celulares y el GPS siglas en inglés de Sistema de Posicionamiento Global sino que también la NASA planea enviar astronautas de regreso a la Luna y de allí a Marte. Los astronautas estarán fuera de nuestro planeta durante gran parte del ciclo solar y el riesgo que corren de ser afectados por un destello de clase X es muy grande. Una explosión solar algo muy especial. Volviendo al destello X 7.1 del 20 de enero, el mismo fue algo especial. Sacudió los fundamentos de la teoría del clima espacial y posiblemente, cambio la forma en que los astronautas van a actuar cuando vuelvan a la Luna. El grupo de manchas solares NOAA 0720 dio lugar a una nueva clase de tormenta solar. Pocos minutos después del destello del 20 de enero, un enjambre de protones de alta velocidad rodeó la Tierra y nuestro satélite natural la Luna. Treinta minutos más tarde, la tormenta de protones más intensa en varias décadas estaba en camino.

6 Universo Digital 103 "Hemos sido golpeados por intensas tormentas de protones con anterioridad, pero nunca con tanta rapidez, planteo el físico solar Robert Lin de la Universidad de Berkeley. "Las tormentas de protones normalmente se desarrollan horas o incluso días después de un destello". Esta tuvo su comienzo en pocos minutos. Un astronauta en la Luna, sorprendido en el exterior el 20 de enero, no habría tenido tiempo de ponerse a cubierto", dice Lin. La tormenta llegó rápido y golpeó duramente, con energías de protones que sobrepasaron los 100 millones de electronvoltios. Estas son el tipo de partículas de alta energía que pueden dañar las células y tejidos humanos. "La última vez que vimos una tormenta como esta fue en febrero de 1956". Los detalles de ese acontecimiento son imprecisos, sin embargo, ya que sucedió antes de la Era Espacial. "No había satélites observando al Sol". De acuerdo con la teoría del clima espacial que pronto será revisada en profundidad así es como se desarrolla una tormenta de protones: Comienza con una explosión o destello, normalmente encima de una mancha solar. Las manchas solares son lugares donde fuertes campos magnéticos atraviesan la superficie del Sol. Por razones que nadie acaba de comprender, estos campos pueden volverse inestables y explotar, liberando una cantidad de energía equivalente a diez mil millones de bombas de hidrógeno. Desde la Tierra, nosotros vemos un destello de luz y rayos X. Esta es el "destello solar", y es la primera señal de que ha ocurrido una explosión en el Sol. La luz de la erupción alcanza la Tierra en sólo 8 minutos. A continuación, si la explosión es lo suficientemente potente, una nube de gas de mil millones de toneladas se expande desde el lugar de la explosión. Esto es lo que se conoce como Eyección de Masa Coronal o "CME". Las CME son relativamente lentas. Incluso las más rápidas, viajando a mil o dos mil kilómetros por segundo, tardan un día o más en alcanzar la Tierra. Se sabe que una CME ha llegado a nuestro planeta cuando se observan auroras en el cielo tanto en el hemisferio norte como en el sur, más frecuentes a elevadas latitudes. En su camino a la Tierra, las CME avanzan a través de una gran cantidad de material gaseoso, primero en la atmósfera del Sol y después en el espacio interplanetario, relleno con protones y otras partículas procedentes del viento solar. Las ondas de choque en el frente de la CME pueden acelerar estos protones en nuestra dirección, de ahí la tormenta de protones. "Las CME pueden explicar la mayoría de las tormentas de protones", dice Lin, pero no la tormenta de protones del 20 de enero. De acuerdo con la teoría, las CME no pueden empujar materiales hasta la Tierra con la suficiente rapidez.

7 Universo Digital 104 Si una CME no aceleró a los protones, qué fue lo que lo hizo?. "Tenemos una pista importante", dice Lin. Cuando ocurrió la explosión, la región NOAA 0720 se localizada en un lugar especial del Sol: los 60 o de longitud Oeste. Esto quiere decir que "el grupo de manchas estaba conectada magnéticamente con la Tierra". El campo magnético del Sol se dispersa en forma de espiral por el sistema solar como el agua de un aspersor de riego, porque el Sol gira como si fuera un aspersor. El campo magnético que emerge de la longitud solar de 60 o Oeste se dobla e intercepta a la Tierra. Los protones son guiados por los campos de fuerza magnética de forma que, el 20 de enero, existía un camino abierto para los protones que los llevó desde la región NOAA 0720 hasta nuestro planeta."así es como los protones llegan hasta la Tierra", especula Lin. La forma en que fueron acelerados, sin embargo, continúa siendo un misterio para los científicos. Explosión solar expone la necesidad de nuevas teorías sobre el clima espacial. La mayor y más intensa de las explosiones de radiación solar de las últimas cinco décadas ocurrida el 20 de enero del 2005 (figura 6), agitó las teorías sobre el "clima espacial" y puso de manifiesto la necesidad de nuevas técnicas de predicción. El destello solar se detecto por los monitores de radiación de todo el planeta y fue capaz de excitar los detectores a bordo de los satélites en órbita en pocos minutos, es un ejemplo extremo de como un destello con "tormenta" de radiación puede llegar demasiado rápido a nuestro planeta lo que permite alertar a futuros astronautas interplanetarios. Figura 6: Imagen de la nave SOHO mostrando el destello solar del 20 de enero del 2005.

8 Universo Digital 105 El Dr. Richard Mewaldt del Instituto de Tecnología de California y coinvestigador de la sonda Explorador de Composición Avanzado (ACE), dijo: "Este destello ha producido la mayor señal de radiación solar sobre la superficie en unos 50 años (figura 7). Pero lo que más nos ha sorprendido es la rapidez con que las partículas alcanzaron su máximo de intensidad y llegaron a la Tierra.". Normalmente una lluvia de protones tarda unas dos horas o más en alcanzar su máxima intensidad sobre la Tierra tras una explosión solar, pero las partículas del destello del 20 de enero alcanzaron este máximo unos 15 minutos tras la primera señal. Figura 7: Imagen del destello solar del 20 de enero del 2005 obtenida por el instrumento LASCO de la nave SOHO. Según Mewaldt, "Esto es importante, por que es una respuesta demasiado rápida como para poder alertar a astronautas o naves que se encuentren fuera de la protectora magnetosfera terrestre. Además de monitorear el Sol, necesitamos desarrollar la habilidad de predecir los destellos si vamos a enviar seres humanos a explorar nuestro Sistema Solar, principalmente la Luna y Marte." Este evento también convulsionó la actual teoría sobre el origen de las tormentas de protones en la Tierra. "Desde 1990 hemos creído que las tormentas de protones en la Tierra eran causadas por las ondas de choque en el Sistema Solar interno como las que las Eyecciones de Masa Coronal producen en el espacio interplanetario.

9 Universo Digital 106 Pero los protones provenientes de este evento pueden haber llegado desde el Sol mismo, lo cual es bastante confuso", dice el Profesor Robert Lin de la Universidad de California e investigador principal del instrumento de Imágenes y Espectroscopia Solar Reuven Ramaty de Alta Energía (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager, RHESSI) (figura 8). Figura 8: Imagen de la sonda TRACE con los datos de la RHESSI superpuestos (azul = Rayos Gamma, rojo = Rayos X) del destello solar del 20 de enero del El origen de los protones está intrínsecamente asociado a su espectro de energía (medible por el ACE y otras sondas) y éste encaja con el espectro de energía de rayos gamma lanzados por la explosión (medidos por el RHESSI). Según Lin, "Esto es sorprendente, porque en el pasado creíamos que los protones que crean rayos gamma en el destello eran producidos localmente y los que se detectan en la Tierra eran generados por la onda de choque en el espacio interplanetario. Estas similitudes sugieren que son los mismos." Los destellos solares y las Eyecciones de Masa Coronal, asociadas a las gigantescas nubes de plasma en el espacio, son las mayores explosiones en el Sistema Solar. Están causadas por las súbitas subidas y relajaciones del campo magnético en la atmósfera solar, por encima de los gigantescos polos magnéticos que se observan como manchas solares. Los observatorios TRACE y SOHO están dedicados a observar el Sol e identificar las causas finales de los destellos y las CME con el objetivo de poder preverlas. El Dr. Richard Nightingale del Laboratorio Solar y de Astrofísica Lockheed Martin, plantea: "Aún no podemos predecir el flujo de energía de estos grandes destellos, pero los instrumentos como el TRACE nos aportan nuevas pistas con cada evento que observamos." El TRACE ha identificado una posible fuente de las tensiones magnéticas que causan los destellos. Los grupos de manchas solares que generan los mayores destellos de Clase-X parece que rotan durante los días cercanos al mismo. "Estas rotaciones alteran las líneas del campo magnético sobre las manchas.

10 Universo Digital 107 Hemos observado este fenómeno antes de cada destello solares de clase X que el TRACE ha estudiado desde que fue lanzado y en más de la mitad del total de destellos en ese intervalo." Sin embargo, las rotaciones en las manchas solares es solo parte de la historia. La única emisión del destello proviene de un conjunto de cinco grandes destellos del mismo grupo de manchas, y por el momento no se sabe por qué este último produce una súbita emisión de partículas de alta energía mayor que la de las otras cuatro. Según Lin, "Esto significa que realmente no comprendemos como el Sol funciona y necesitamos continuar explotando y usando nuestra flota de sondas y observatorios solares para identificar como funciona."