Las perturbaciones en el Sol pueden causar tormentas solares; las erupciones solares y las eyecciones de masa coronal emiten grandes cantidades de radiación y partículas cargadas al espacio.
Esto puede dañar las infraestructuras de comunicación y energía de la Tierra y afectar sistemas como los satélites y las redes eléctricas.
Comprender mejor las manchas solares es una forma importante de ayudar a los científicos a predecir cuándo se producirán estos intensos estallidos de radiación.
Mejorar la predicción del clima espacial hará que la exploración espacial sea más segura para los astronautas, ya que no están protegidos por el campo magnético terrestre.
El Sol es la fuente de energía más importante para sostener la vida en la Tierra, pero nos aporta mucho más que luz y calor. También nos aporta tormentas solares.
Las perturbaciones en el Sol, como las eyecciones de masa coronal producidas por erupciones solares que emanan de regiones activas de manchas solares, pueden causar tormentas solares. Las erupciones solares y las eyecciones de masa coronal emiten enormes cantidades de radiación y partículas cargadas al espacio.
Estos fenómenos pueden dañar las infraestructuras de comunicación y energía, lo que provoca cortes de electricidad y reduce la funcionalidad de los sistemas. Pueden verse afectados los satélites, las estaciones espaciales y los astronautas, la aviación, el GPS, las redes eléctricas y otros sistemas.
A medida que nuestra civilización se vuelve más avanzada, somos más vulnerables a los efectos de las tormentas solares. Ahora, como la actividad del Sol está aumentando, debemos mejorar la predicción del clima solar.
Muchas personas aún recuerdan el colapso de la red eléctrica de Quebec, en Canadá, el 13 de marzo de 1989, que duró nueve horas y afectó a seis millones de personas. Causó cientos de millones de dólares en daños y pérdidas de ingresos. Este apagón fue causado por tormentas solares.
El evento Carrington, llamado así por el astrónomo aficionado que lo registró, fue otra potente tormenta solar que ocurrió en septiembre de 1859. En 1859, la tecnología más avanzada se limitaba a los telégrafos eléctricos, y la mayoría dejó de funcionar en toda Europa y América del Norte; en algunos casos, sus operadores recibieron descargas eléctricas.
Hoy dependemos mucho más de la tecnología, que a su vez es cada vez más vulnerable a los efectos del espacio y sus singulares desastres naturales.
Radiación espacial
El espacio es inmenso, frío, oscuro y está inundado de radiación. La radiación espacial procede principalmente de la radiación cósmica galáctica —partículas de alta energía expulsadas de otras galaxias— y de los eventos de partículas solares —partículas de alta energía procedentes de nuestro propio Sol—.
En la radiación espacial, los átomos se aceleran en el espacio interestelar hasta alcanzar velocidades cercanas a la de la luz. Al final, se desprenden los electrones y solo queda el núcleo con carga positiva.
Los seres humanos llevan más de 400 años observando y contando las manchas solares, lo que convierte a este en el experimento de mayor duracióndel mundo. El Sol tiene un ciclo de manchas solares de 11 años y, por el momento, estamos en la mitad de ese ciclo. Ahora se acerca el «máximo solar», cuando se produce la mayor actividad solar. Se espera que el próximo máximo solar comience en 2025.
La gente conoce las auroras boreales, uno de los efectos visibles de la radiación solar. El campo magnético terrestre, que nos protege de la mayoría de los peligros de la radiación espacial, dirige las partículas cargadas hacia los polos, donde entran en nuestra atmósfera y producen hermosos espectáculos luminosos.
Pero la radiación también puede afectar a la tecnología y a las personas. Durante las intensas tormentas de radiación solar, los protones energéticos pueden dañar los circuitos electrónicos dentro de los satélites y el ADN biológico de los astronautas. Los pasajeros y la tripulación que vuelen sobre el polo norte quedarían expuestos a un mayor nivel de radiación.
Estas tormentas de radiación pueden causar errores que dificultan enormemente las operaciones de navegación. Los protones energéticos también pueden ionizar los átomos y las moléculas de la atmósfera y crear una capa de electrones libres. Esta capa puede absorber las ondas de radio de alta frecuencia y provocar una interrupción de las comunicaciones de alta frecuencia, también conocidas como radio de onda corta.
Dada nuestra creciente dependencia de la tecnología, predecir el clima espacial es fundamental. Sin embargo, para los expertos, predecirlo con precisión ha sido durante mucho tiempo un reto.
Predicción del clima espacial
Comprender la complejidad de las manchas solares nos ayudará a predecir si podrían producirse erupciones solares importantes. Mis colegas y yo desarrollamos un sistema informático automatizado en tiempo real que utiliza tecnologías de procesamiento de imágenes e inteligencia artificial para supervisar y analizar datos de satélites solares. Esto ayuda a predecir la probabilidad de que se produzcan erupciones solares en las próximas 24 horas.
Fuimos pioneros en nuevas técnicas para el procesamiento automático, la detección y la extracción de características solares —como las regiones activas y las manchas solares— captadas por el satélite Observatorio de Dinámica Solar de la NASA. También presentamos el primer sistema automatizado y en tiempo real para clasificar las manchas solares. Antes, los expertos clasificaban las manchas solares manualmente, en un proceso laborioso.
Las misiones espaciales y los astronautas tienen muchas más probabilidades de verse afectados por la radiación, porque no están protegidos por el campo magnético terrestre. Entre los efectos en las personas podrían figurar la enfermedad por radiación, un mayor riesgo de cáncer, enfermedades degenerativas y efectos en el sistema nervioso central.
A pesar de estos riesgos, las actividades humanas y robóticas en el espacio están aumentando y la NASA trabaja para llevar a seres humanos a Marte antes de la década de 2030. Actualmente hay dos vehículos exploradores —Curiosity y Perseverance— y un módulo de aterrizaje en funcionamiento en Marte, y hay otro vehículo explorador previsto para su lanzamiento en 2022.
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El Centro para las Tecnologías de Frontera y la Innovación reúne a científicos, responsables de formular políticas y líderes empresariales para comprender las tecnologías emergentes y sus repercusiones en el mundo real.
Al facilitar la colaboración y la experimentación, el Centro ayuda a sus socios a convertir la innovación derivada de la investigación en aplicaciones prácticas que abordan desafíos globales compartidos.
Nuestro sistema de predicción del clima espacial está disponible públicamente, y ahora se utiliza como una de las herramientas de apoyo a la toma de decisiones para las misiones robóticas de la NASA y para gestionar los efectos de la radiación en la órbita del observatorio de rayos X Chandra de la NASA.
A medida que sigamos adentrándonos en el espacio, tendremos que reforzar nuestras capacidades actuales de predicción del clima espacial para obtener una visión más completa de la actividad solar y mitigar sus efectos en todo el sistema solar.
Esta tarea es sumamente difícil, ya que la mayoría de las observaciones solares se realizan desde el campo de visión de la Tierra. Es necesario mejorar los modelos y estudiar la evolución de las características solares para tener en cuenta las órbitas celestes, tan distintas, alrededor del Sol.
