Introducción
Desde los albores de la humanidad, el ser humano ha estudiado el firmamento, y si bien es cierto que seguimos mirando las mismas estrellas que fascinaron a nuestros distantes antepasados hace milenios, nuestros conocimientos sobre ellas han aumentado extraordinariamente.
Hemos formulado y perfeccionado muchas teorías y mejorado nuestros instrumentos, y seguimos empeñados en explicar lo que parece inexplicable y en predecir lo que a simple vista parece impredecible. Aún nos queda mucho por aprender, pero nuestra comprensión de los eventos de clima espacial ha mejorado hasta tal punto que podemos pronosticarlos. Esta lección describe nuestro conocimiento de los procesos que crean el clima espacial, los impactos del clima espacial en la Tierra y las actividades humanas, y las tecnologías que utilizamos para pronosticar estos tipos de eventos.
El Sol es una estrella
Para el siglo XVII, en los círculos científicos se había comenzado a sospechar que en realidad el Sol era una estrella, como aquellas tan distantes que parpadean en el cielo nocturno.
El Sol nació como resultado de una serie de complejos procesos que, una vez iniciados por un colapso gravitacional, duraron millones de años. En comparación con otras estrellas, el Sol —que tiene aproximadamente 4500 millones de años de edad— parece ser una estrella madura de tamaño mediano. La fuente del calor del Sol se encuentra en su interior, donde una caldera nuclear lo mantiene en un estado de cuasiequilibrio, permitiéndole producir suficiente energía y presión como para contrarrestar las enormes fuerzas gravitacionales asociadas con su formación.
Pregunta
Actualmente, el Sol se encuentra en la etapa de secuencia principal de su ciclo de vida. ¿Cuál es la próxima etapa a la cual pasará? Escoja la mejor respuesta.
La respuesta correcta es c).
En la próxima etapa de su ciclo de vida, el Sol se clasificará como una estrella gigante roja. El Sol se ha expandido y ha aumentado en intensidad desde su fase de «nacimiento» y en la actualidad es un 30 % más brillante que hace 4000 millones de años. Se ha calculado que en aproximadamente 1500 millones de años el Sol será un 15 por ciento más brillante que en la actualidad. Cuando el Sol alcance los 10 000 millones de años de edad, será casi dos veces tan brillante y tendrá un radio un 40 por ciento más grande que ahora. La estrella gigante roja seguirá creciendo y comenzará a expulsar sus capas exteriores. Para entonces, se cree que el núcleo de hidrógeno del Sol estará casi agotado. Cuando eso suceda, el Sol se convertirá en una estrella enana blanca y comenzará a apagarse y enfriarse.
Encontrará información adicional en la sección The Sun as a Star (el Sol es una estrella) del capítulo 2 del recurso sobre el Sol, la Tierra y el espacio cercano a la Tierra titulado The Sun, The Earth, and Near-Earth Space (en inglés).
El Sol en detalle
El Sol se compone de muchas capas, desde el núcleo, que es donde tienen lugar las reacciones termonucleares, pasando por la zona convectiva, donde se generan los campos magnéticos, hasta la atmósfera solar, la capa donde la energía se libera al espacio. Dicha energía liberada adopta tres formas: luz, campos magnéticos y partículas, como electrones y protones. El Sol pierde enormes cantidades de material a través del proceso de liberación de energía, pero, aun así, se trata de un porcentaje muy pequeño de la masa total del Sol.
El entorno espacial de la Tierra incluye el Sol, la Tierra y la región que media entre ellos, que forma parte del espacio interplanetario.
Este entorno contiene partículas, luz, campos magnéticos y plasma. Si bien los primeros tres de estos conceptos son bastante conocidos, ¿qué se entiende por plasma?
Pregunta
Indique si los enunciados siguientes sobre el plasma son verdaderos o falsos.
Las respuestas correctas están resaltadas en verde.
El plasma es el cuarto estado de la materia, siendo los otros tres sólido, líquido y gaseoso. El plasma comparte muchas características con los gases comunes, como el aire, pero se compone de partículas ionizadas —es decir, eléctricamente cargadas— y está permeado por un campo magnético.
El video a continuación brinda una representación visual de las emisiones solares que se describen en este párrafo:
Una vez expulsadas de la superficie solar, las emisiones del Sol emprenden un viaje por el espacio interplanetario, pero solo parte de dichas emisiones sigue una trayectoria de colisión con la Tierra. El viento solar viaja hacia nuestro planeta a una velocidad aproximada de un millón y medio de kilómetros por hora hasta que finalmente encuentra el campo magnético terrestre, llamado magnetosfera.
Sin la interacción con el viento solar, la forma del campo magnético terrestre se parecería bastante a un dipolo. Como permite apreciar esta animación, sin embargo, el flujo del viento solar alrededor de la Tierra distorsiona este dipolo, comprimiendo las líneas del campo magnético en la cara orientada hacia el Sol y estirándolas corriente abajo, en la cara nocturna del planeta.
Encontrará información adicional en la sección The Sun as a Star (el Sol es una estrella) del capítulo 2 The Sun del recurso sobre el Sol, la Tierra y el espacio cercano a la Tierra titulado The Sun, The Earth, and Near-Earth Space (en inglés).
Liberación de energía
Aunque el Sol emite la inmensa mayoría de su energía en forma de luz visible, parte de sus emisiones están fuera de la región visible del espectro y crean el viento solar.
El viento solar se puede concebir como una emanación constante de gases compuesta de plasma y partículas ionizadas que arrastran un campo magnético. Los lugares donde el Sol libera esta energía están sujetos a eventos terriblemente violentos, como las llamaradas o fulguraciones, las eyecciones de masa coronal y las erupciones de prominencias solares, cada uno de los cuales multiplica las emisiones de radiación electromagnética y acelera las partículas energéticas, aumentando la velocidad del viento solar.
Las llamaradas o fulguraciones solares como la que ocurre en esta película son los eventos más intensos y explosivos que ocurren en nuestro sistema solar y se manifiestan como variaciones súbitas del brillo en toda la gama del espectro electromagnético, incluidas las longitudes de onda de rayos X. Una llamarada solar es la expulsión súbita de radiación causada por la liberación de energía asociada con las manchas solares, un suceso que a menudo acelera los electrones y protones en sus trayectorias hacia la Tierra a velocidades casi relativistas, alcanzando más de la mitad de la velocidad de la luz. A tales velocidades, los protones pueden alcanzar la Tierra en aproximadamente 10 minutos.
Una eyección de masa coronal (coronal mass ejection, CME) es la expulsión de enormes cantidades de material de la corona del Sol a velocidades de hasta 1000 km por segundo y, en los casos más extremos, de más de 2000 km por segundo. Esta película muestra una serie de tales eyecciones captadas por un satélite que observa el Sol. El instrumento emplea un disco de ocultación para bloquear la luz solar directa, creando un eclipse artificial para la cámara. El círculo blanco en el centro de la imagen indica el tamaño aproximado del Sol. Las erupciones luminosas que se alejan del Sol son las eyecciones de masa coronal expulsadas por gigantescas explosiones, algunas de ellas con rumbo hacia la Tierra.
Las erupciones de prominencias solares como las que se muestran en la película a continuación son espectaculares emisiones de materia solar relativamente fría que a menudo se observan en relación con las eyecciones de masa coronal.
Encontrará información adicional en el capítulo 3 The Solar Wind and Solar Variability (El viento solar y la variabilidad solar) del recurso sobre el Sol, la Tierra y el espacio cercano a la Tierra titulado The Sun, The Earth, and Near-Earth Space (en inglés).
Efectos de las eyecciones de masa coronal en la Tierra
Ya vimos que el viento solar altera el campo magnético terrestre, comprimiendo la magnetosfera en el lado iluminado del planeta y estirándola en el lado nocturno. Este video muestra la colisión de los campos magnéticos del viento solar con el campo magnético terrestre en el lado iluminado de la Tierra. Las líneas de campo del viento solar entran en contacto con el campo magnético terrestre que las arrastra hacia el lado nocturno y corriente abajo del planeta. Allá, en el lado nocturno, vuelven a conectarse donde las líneas de campo se acercan a la Tierra, y esto provoca la compresión y el calentamiento del plasma del viento solar en esa región. Este plasma energético es la fuente de las partículas que en las regiones de latitudes altas precipitan en la atmósfera superior, chocando con átomos y moléculas neutrales que, a su vez, emiten luz.
La intensidad de las precipitaciones de partículas generadas por las eyecciones de masa coronal crea auroras espectaculares y aumenta la cantidad de electrones en la atmósfera superior.
Pregunta
Las auroras boreales y australes pueden producir espectaculares despliegues luminosos en el cielo nocturno de los hemisferios norte y sur, respectivamente. ¿Por qué se observan principalmente en Canadá, Alaska, Tasmania y Nueva Zelanda en lugar de ocurrir directamente sobre el polo norte o sur? Escoja la mejor respuesta.
La respuesta correcta es c).
Las auroras se observan en la mayoría de las regiones de latitudes altas, pero debido a que los polos magnéticos de la Tierra no coinciden con los polos geográficos, las auroras se observan con mayor frecuencia en Alaska, Canadá, Islandia y el norte de Escandinavia en el hemisferio norte, y en Argentina, Chile, Tasmania y Nueva Zelanda en el hemisferio sur.
La luz de las auroras proviene de una altitud de 100 a 300 km, una región que comprende los límites máximos de la atmósfera superior y la región espacial más próxima.
A medida que las partículas muy energéticas alcanzan niveles bajos, provocan emisiones de nitrógeno molecular rojas, azules, violetas y verdes que se ven como una franja de color rojo o magenta intenso en el borde inferior de las cortinas de la aurora.
Como muestra este video, este efecto es incluso más impresionante debido al rápido movimiento asociado con estos espectáculos muy energéticos. A veces es posible ver oleadas de luz verde que parecen perseguir el color magenta, un efecto causado por el retraso con que se excita el oxígeno en comparación con el nitrógeno.
Conforme esta actividad geomagnética aumenta, la aurora boreal se ilumina, se torna más activa y se extiende hacia el sur, volviéndose visible en lugares donde rara vez se observa el fenómeno; simultáneamente, la aurora austral, que es casi una imagen especular de la aurora boreal, se extiende hacia el norte desde el polo sur.
Las tormentas geomagnéticas crean intensas corrientes eléctricas en las regiones propensas a las auroras. Tales corrientes provocan calentamiento por efecto Joule y expansión de la atmósfera, que a su vez aumenta la densidad del entorno alrededor de los satélites. La mayor densidad aumenta el arrastre al que están sujetas las naves espaciales, lo cual degrada sus órbitas. El efecto de dicha degradación consiste en acortar la vida útil de los satélites, ya que nos obliga a recurrir a sus reservas limitadas de combustible para reajustar la posición orbital y evitar que salgan definitivamente de su órbita y, con el tiempo, caigan en la atmósfera terrestre.
En 1979, la primera estación espacial tripulada de los Estados Unidos, Skylab, se quemó en la atmósfera terrestre durante un ciclo solar más intenso de lo esperado.
Encontrará información adicional en estas secciones del recurso sobre el Sol, la Tierra y el espacio cercano a la Tierra titulado The Sun, The Earth, and Near-Earth Space (en inglés):
- La sección sobre la aurora («The Aurora») del capítulo 7, «Impacts of Solar Variability» (impactos de la variabilidad solar)
- La sección sobre los impactos en las naves espaciales, el equipo espacial y las observaciones espaciales de la Tierra («Impacts on Spacecraft, Space Equipment and on Observations of the Earth from Space») del capítulo 8, «Effects on Human Life and Endeavor» (efectos en la vida y las actividades humanas)
También puede ser útil este tutorial sobre las auroras (en inglés) del Centro de Predicción del Clima Espacial (Space Weather Prediction Center, SWPC).
Manchas y ciclos solares
Es común que la superficie del Sol presente numerosas manchas solares, regiones oscuras donde el intenso campo magnético inhibe el flujo saliente del interior del Sol.
Las manchas solares se ven más oscuras porque son más frías que las «regiones activas» alrededor de ellas, que son muy brillantes y pueden continuar su actividad por varios días e incluso semanas. El Centro de Predicción del Clima Espacial o SWPC (Space Weather Prediction Center) de la NOAA asigna a las regiones activas que contienen manchas solares un número secuencial de cinco dígitos, aunque en la práctica se suele omitir el primer dígito (que actualmente es un 1). Dentro de sus respectivas regiones activas, las manchas solares pueden crecer y cambiar.
El Sol exhibe un ciclo de actividad de aproximadamente 11 años de duración que se caracteriza por el aumento y la disminución del número de manchas solares.
Pregunta
¿Cuál de estas es la mejor descripción del ciclo de manchas solares respecto del nivel de actividad del Sol en el transcurso de un ciclo solar completo? Escoja la mejor respuesta.
La respuesta correcta es c).
El ciclo de manchas solares describe el nivel de actividad del Sol conforme pasa por una fase tranquila que denominamos mínimo solar, cuando hay pocas manchas solares, y luego cambia gradualmente a un estado de mayor actividad —el máximo solar— marcado por la presencia de muchas manchas solares, para luego volver a la fase tranquila.
Durante el período de mínima actividad del ciclo solar de 11 años, comienzan a aparecer manchas solares en las latitudes medias del Sol. A medida que el ciclo avanza hacia el máximo solar, el número de manchas solares aumenta y estas comienzan a formarse más cerca del ecuador solar. Una vez alcanzado el máximo solar, el número de manchas solares va disminuyendo y las nuevas manchas aparecen en latitudes cada vez más cercanas al ecuador.
Este diagrama de mariposa documenta la migración del patrón de manchas solares desde las latitudes altas hacia latitudes más cercanas al ecuador durante varios ciclos de actividad solar.
Durante este ciclo, la polaridad del campo magnético solar se invierte, de modo que los polos magnéticos norte y sur se cambian de lugar. Como al cabo de dos ciclos de 11 años el Sol vuelve a su configuración polar original, hay quien considera que un ciclo solar completo dura 22 años. Esta imagen muestra la evolución del campo magnético entre el ciclo solar 21 y la primera mitad del ciclo solar 25. Observe como la polaridad se transfiere de un hemisferio al otro en cada ciclo.
El flujo de emisiones radio en la longitud de 10.7 cm (2800 MHz), que se conoce como índice F10.7, es un excelente indicador de la actividad solar. A la fecha de redacción, este flujo, que se registra desde el año 1947, constituye una climatología de la actividad solar en el transcurso de los seis ciclos solares más recientes. El índice F10.7 ha demostrado su utilidad para especificar y pronosticar el clima espacial, ya que se correlaciona bien con el número de manchas solares y con los registros de irradiancia solar en el ultravioleta (UV) y el visible. Debido a que las emisiones radio F10.7 se originan a gran altitud, en la cromosfera y los niveles inferiores de la corona, el índice rastrea otras emisiones importantes que ocurren en las mismas regiones de la atmósfera solar. Las emisiones en el ultravioleta extremo (EUV) que afectan la ionosfera y modifican la atmósfera superior coinciden bastante bien con el índice F10.7. Muchas de las emisiones ultravioletas que afectan la estratosfera y la capa de ozono también se correlacionan con dicho índice.
Encontrará información adicional en estas secciones del recurso sobre el Sol, la Tierra y el espacio cercano a la Tierra titulado The Sun, The Earth, and Near-Earth Space (en inglés):
- Capítulo 2, «The Sun», sección «Sunspots» (manchas solares)
- Capítulo 9, «Effects of the Sun on Weather and Climate» (efectos del Sol en el tiempo y el clima), sección «11-year Solar Forcing» (forzamiento solar de 11 años)
¿Qué es el clima espacial?
El clima espacial es el resultado del comportamiento del Sol, de la respuesta de la atmósfera y del campo magnético de la Tierra frente a dicho comportamiento y de nuestra posición en el sistema solar. El clima espacial comienza en el Sol y crea condiciones en el entorno espacial que afectan a la Tierra y nuestros sistemas tecnológicos.
Pregunta
Complete cada enunciado con el evento de clima espacial que corresponde a la característica relacionada con el tiempo que describe.
Las respuestas correctas están resaltadas en verde.
A diferencia de las emisiones de rayos X generadas por las llamaradas solares, las cuales tardan aproximadamente 8 minutos en recorrer la distancia entre el Sol y la Tierra, los niveles de radiación elevados causados por las tormentas de radiación solar pueden tardar 10 minutos en llegar a la Tierra. Las perturbaciones causadas por una tormenta geomagnética tardan 18 horas en llegar a la Tierra, pero estas perturbaciones pueden durar varios días.
A continuación se explica en detalle cada uno de estos fenómenos del clima espacial.
Nuestras tecnologías terrestres pueden verse afectadas por tres tipos principales de eventos de clima espacial. El primero de ellos se conoce como perturbación ionosférica súbita o SID (sudden ionospheric disturbance), efecto Dellinger o apagón de radio, una perturbación de la ionosfera causada por las emisiones de rayos X generadas por las llamaradas solares. Estos eventos aumentan la densidad de la región inferior de la ionosfera —denominada región D—, lo cual causa la desviación y absorción de las ondas radioeléctricas. Las emisiones de rayos X tardan aproximadamente 8 minutos en recorrer la distancia entre el Sol y la Tierra y cuando su intensidad aumenta, pueden provocar apagones de radio de entre algunos minutos y varias horas de duración. Estos eventos afectan principalmente a las comunicaciones en latitudes medias a bajas, pero solamente en el lado iluminado de la Tierra.
Las tormentas de radiación solar, durante las cuales las partículas energéticas emitidas por el Sol —principalmente protones— elevan los niveles de radiación cerca de la Tierra, constituyen el segundo tipo de evento. Las tormentas de radiación, que son una consecuencia de las llamaradas y las eyecciones de masa coronal, producen niveles de radiación perjudiciales por encima de la zona de protección que ofrece la atmósfera terrestre. Estas tormentas pueden afectar a la tripulación de las naves espaciales y también a la gente que viaja en aviones comerciales, aunque en menor medida. Los equipos electrónicos a bordo de los satélites pueden resultar dañados y en las regiones polares pueden perderse temporalmente las comunicaciones por radio. Las tormentas de radiación solar pueden alcanzar la Tierra hasta 10 minutos después de su inicio y pueden seguir bombardeando el planeta por varias horas y hasta varios días. Este video muestra las partículas que se acercan a la Tierra pueden dar con objetos tales como los satélites que se encuentran en su camino.
El tercer tipo de evento, la tormenta geomagnética, ocurre cuando una característica del viento solar como una eyección de masa coronal energiza el campo magnético terrestre, como en el video a continuación. Estas perturbaciones alcanzan la Tierra en plazos de 18 horas a cuatro días y pueden durar un par de días.
Las tormentas geomagnéticas, que son el producto de corrientes de viento solar de alta velocidad del agujero coronal, desbaratan varias tecnologías, como las redes eléctricas, las comunicaciones por satélite y la exactitud de la navegación con GPS, pero también crean el magnífico espectáculo natural que llamamos aurora. Las tormentas geomagnéticas en niveles bajos facilitan la acumulación de cargas eléctricas en las naves espaciales.
Hay otros efectos del clima espacial menos comunes pero dignos de atención, como los impactos de las ráfagas de radio y el aumento de la densidad atmosférica en posiciones de órbita atmosférica baja. Las ráfagas de radio pueden interrumpir las operaciones de comunicación de la industria aeronáutica y de los sistemas mundiales de navegación por satélite (Global Navigation Satellite System, GNSS). Los aumentos de la densidad atmosférica en la atmósfera superior pueden causar la degradación de las órbitas de las naves espaciales.
Encontrará información adicional en el capítulo 8, «Effects on Human Life and Endeavor» (efectos en la vida y las actividades humanas), del recurso sobre el Sol, la Tierra y el espacio cercano a la Tierra titulado The Sun, The Earth, and Near-Earth Space (en inglés).
Eventos de clima espacial
Muchos factores contribuyen al tamaño y tipo de cada evento de clima espacial. Si la aceleración de las partículas ocurre en el limbo este —es decir, el lado izquierdo del disco solar según se observa desde la Tierra—, típicamente la mayoría de las partículas energéticas no llegan a nuestro planeta. Si la aceleración de las partículas sucede alrededor del centro o del lado derecho del disco solar —el limbo oeste— es más probable que cause una tormenta de radiación solar capaz de afectarnos. Esto se debe a que el campo magnético del Sol encauza las partículas energéticas que se alejan a lo largo de bandas espirales y solo las que siguen las líneas de campo llegan a la Tierra. Este video muestra el efecto que guía las partículas hacia la Tierra.
La polaridad del campo magnético entrante influye en la gravedad de las tormentas geomagnéticas. Si la polaridad magnética del plasma del viento solar está orientada hacia el sur, su campo magnético reaccionará enérgicamente con el campo magnético terrestre, cuya orientación es hacia el norte, y producirá una tormenta más intensa.
Otro fenómeno que vale la pena mencionar son las erupciones solares. Puesto que este fenómeno ocurre a la velocidad de la luz, para cuando observamos una erupción, sus efectos en el lado iluminado de la Tierra ya comenzaron a sentirse. Además, la ubicación de la erupción en el disco solar orientado hacia la Tierra no importa, el impacto en la atmósfera terrestre es inmediato, independientemente de que ocurra en un limbo o en el centro del disco solar.
Impactos del clima espacial
Los impactos de cada uno de los tres tipos principales de eventos de clima espacial en nuestras vidas y en las tecnologías que utilizamos pueden ser considerables. Una tormenta geomagnética intensa puede afectar enormemente a nuestras actividades diarias, especialmente si consideramos la difusión cada vez mayor de las tecnologías eléctricas y electrónicas. Estas tormentas pueden provocar apagones y fallos de las redes eléctricas.
Pregunta
¿Cuáles de los siguientes impactos asociamos con los eventos de clima espacial? Elija todas las respuestas pertinentes.
Las respuestas correctas son a), c) y d).
Los impactos de los eventos de clima espacial afectan tanto a las tecnologías terrestres como a las misiones satelitales y espaciales. Los impactos más importantes y frecuentes están relacionados con las señales de transmisiones radio y las comunicaciones por satélite.
Esta foto muestra uno de los cuatro transformadores de corriente destruidos en Sudáfrica por una tormenta geomagnética en 2003.
Además, la radiación solar y los apagones de radio afectan a los satélites, a los sistemas de posicionamiento global (GPS) y a las telecomunicaciones.
Por ejemplo, la interacción entre las partículas y los sensores a bordo de los satélites provoca la degradación de las imágenes. La foto a la derecha muestra lo que ocurre cuando los sensores del satélite están sometidos a un bombardeo de partículas cargadas.
La acumulación de una carga eléctrica en la superficie del satélite y su posterior descarga, a menudo abrupta, en los delicados componentes electrónicos de la nave espacial representa un enorme problema para cualquier persona o entidad que depende de los satélites.
Las tormentas de radiación solar también amenazan a las personas en las rutas internacionales que sobrevuelan los polos —cada vez más frecuentes—, aunque debido a la poca frecuencia de eventos lo suficientemente intensos para tener un impacto, el riesgo es muy bajo. Cuando ocurren estas tormentas, los sistemas de comunicaciones de alta frecuencia de las aeronaves en latitudes altas pueden quedar inutilizables. Como se muestra en este video, para evitar la pérdida de comunicaciones es preciso desviar los vuelos comerciales de modo que no crucen el polo.
Cuando trabajamos en el espacio, como en este video, y especialmente cuando estamos fuera de la protección de la magnetosfera terrestre o en una misión lunar, también estamos expuestos a altas dosis de radiación y tenemos que protegernos durante las tormentas de radiación solar.
En mayo de 2024 se estimaba que el valor de los más de 200 satélites asegurados que se hallaban en órbita ascendía a hasta 60 000 millones de USD. Tan solo en los primeros cuatro años del siglo XXI, el clima espacial se alegó como causa o factor agravante en reclamaciones de seguros por un valor total de 500 millones de USD.
Claramente, los impactos económicos del clima espacial pueden ser asombrosos. Si una tormenta intensa llegara a golpear nuestro planeta, las pérdidas provocadas por sus impactos podrían alcanzar un billón de USD (¡con 12 ceros!).
Encontrará información adicional en el capítulo 8, «Effects on Human Life and Endeavor» (efectos en la vida y las actividades humanas), del recurso sobre el Sol, la Tierra y el espacio cercano a la Tierra titulado The Sun, The Earth, and Near-Earth Space (en inglés).
Relación entre el clima espacial y el clima terrestre
El Sol es el agente motor principal del tiempo y el clima en la Tierra; sin embargo, el entorno Sol-Tierra es un sistema tan complejo que nos queda mucho por aprender sobre la física que rige las conexiones del sistema.
El cambio climático se ve afectado, en parte, por los cambios en la irradiación solar y, de hecho, muchos expertos sospechan que existe una relación directa entre los cambios en la energía solar que recibe el planeta y los cambios extremos, como las glaciaciones. A escalas temporales más cortas, las variaciones en la producción energética del Sol son menores. En el período de 70 años que medió entre 1645 y 1715, aparecieron muy pocas manchas en el disco solar. Durante este mismo período, que recibe el nombre de Pequeña Edad del Hielo, Europa experimentó temperaturas más frías de lo normal, lo cual sugiere una posible conexión. Es importante observar que en la actualidad no hay evidencia que conecte la actividad solar con el aumento en la temperatura media mundial que ha ocurrido en el último siglo.
El Centro de Predicción del Clima Espacial
En los Estados Unidos, el Centro de Predicción del Clima Espacial (Space Weather Prediction Center, SWPC) de la NOAA es la fuente oficial de alertas, vigilancias y avisos de clima espacial. El SWPC, que fue declarado un sistema nacional «crítico» por el Departamento de Seguridad Nacional, protege la sociedad entregando información de meteorología espacial accionable. Gracias a un conjunto mundial de observatorios y a una multitud de sensores satelitales, recibimos continuamente —día y noche, todos los días del año— datos solares y geofísicos actualizados que describen el estado del Sol, la heliosfera, la magnetosfera y la ionosfera con los cuales podemos hacernos una idea de las condiciones en el entorno entre el Sol y la Tierra. Esta información permite preparar pronósticos, vigilancias, alertas y avisos, y diseminarlos a las agencias y personas que necesitan esta información de importancia crítica. Cabe notar que el SWPC ha aumentado sus servicios de apoyo a las decisiones a fin de trabajar más directamente con las principales agencias socio y los principales grupos de clientes sobre las implicancias de los cambios en las condiciones del clima espacial para sus necesidades e inquietudes específicas.
Pronósticos del clima espacial
El clima espacial es producto del acoplamiento de las partículas lanzadas al medio interplanetario por la actividad solar con la atmósfera extendida de la Tierra. Pronosticar el clima espacial es análogo a pronosticar el tiempo en la Tierra. Muchos elementos participan en las predicciones de eventos de clima espacial, como los datos, las imágenes, las estadísticas, los modelos, el reconocimiento de patrones y la experiencia.
Varias naves espaciales obtienen imágenes y datos sobre el entorno espacial, al tiempo que los instrumentos terrestres captan información sobre la ionosfera y el campo magnético de la Tierra. Una vez analizados estos conjuntos de datos e imágenes con el fin de identificar estructuras y patrones importantes, los resultados se combinan con modelos numéricos para sentar las bases de una predicción. A continuación, el personal de predicción aprovecha los conocimientos adquiridos mediante la aplicación de los modelos conceptuales de clima espacial, la climatología y su propia experiencia para generar un pronóstico del tipo de suceso que cabe esperar, cuándo cabe esperarlo y el grado de intensidad que cabe esperar.
Estos son algunos de los productos de pronóstico que distribuye el SWPC:
- El pronóstico a 3 días (3-Day Forecast) se basa en las escalas del clima espacial de la NOAA para describir la situación en términos de niveles de actividad geomagnética, potencial para tormentas de radiación solar y probabilidades de un apagón de radio en los próximos tres días.
- La discusión del pronóstico (Forecast Discussion) agrega detalles, explica las razones que sustentan el pronóstico, y describe aspectos tales como la actividad solar, las manchas solares, las llamaradas, los eventos de protones y las eyecciones de masa coronal (CME), entre otros.
Pregunta
¿Cuáles de los siguientes son beneficios de la emisión de pronósticos del clima espacial? Elija todas las respuestas pertinentes.
Las respuestas correctas son a), b), c) y d).
Entre los beneficios de emitir pronósticos del clima espacial podemos mencionar la capacidad de crear conciencia de las condiciones actuales y futuras y de brindar información que puede conducir a la implementación de medidas preventivas con suficiente antelación para minimizar los impactos donde sea posible. Aunque no todos los impactos de los eventos de clima espacial se pueden evitar, la planificación y la implementación de procesos para minimizarlos podría salvar vidas y evitar la pérdida de bienes.
Los adelantos logrados en los modelos semiempíricos y de física completa de la heliosfera, como el modelo de viento solar Wang, Sheeley, Arge-Enlil que se muestra a continuación, generan cálculos estimados del momento de llegada y la magnitud de los fenómenos pasajeros de clima espacial.
La intensidad de cada evento de clima espacial se clasifica sobre una escala de 1 a 5 en la cual el 5 representa el evento más grave. La clasificación se basa en una medida física específica para cada tipo de tormenta.
La clasificación de las tormentas geomagnéticas se basa en las variaciones del campo magnético terrestre medidas en la superficie. La clasificación de las tormentas de radiación solar se basa en la intensidad de los protones y los apagones o bloqueos de radio se clasifican según la intensidad de los rayos X (ambas se miden desde una órbita geosincrónica, a una altitud aproximada de 35 000 kilómetros de la Tierra). Esto es similar a como clasificamos los huracanes con la escala Saffir-Simpson o los tornados con la escala Fujita, ambas las cuales se basan en la velocidad del viento. Las escalas del clima espacial se utilizan para comunicar las condiciones de clima espacial actuales y futuras y los efectos que pueden tener para la población y los sistemas. En mayo de 2024, las escalas del clima espacial se estaban sometiendo a un proceso de revisión tras dos décadas de avances tecnológicos. Este proceso tendrá en cuenta las necesidades y los intereses de los principales grupos interesados a través de las comunidades de toda la gama de organizaciones públicas, privadas, académicas y no gubernamentales.
Estos son los tres tipos de eventos para los cuales contamos con escalas de clima espacial:
Tormentas geomagnéticas
| Escala | Descripción | Efectos | Parámetro físico | Frecuencia
promedio (1 ciclo = 11 años) |
|---|---|---|---|---|
| G 5 | Extremo | Sistemas eléctricos de trasmisión: Extensos problemas de control del voltaje y de los sistemas de protección. Algunas redes de trasmisión pueden colapsar, y los transformadores pueden llegar a sufrir daños. Operaciones de sistemas espaciales: Inducción de carga eléctrica superficial extensiva, dificultades con la orientación, problemas con los enlaces y el seguimiento de satélites. Otros sistemas: La corriente inducida en las redes de combustibles es de cientos de amperes, en extensas áreas se bloquean las ondas de radio de alta frecuencia (HF) por varios días, se afecta la navegación por satélites durante un intervalo similar, se bloquea por horas la navegación por señales de baja frecuencia, y pueden verse auroras en zonas como Florida y el sur de Texas (típicamente 40° de latitud geomagnética). |
Kp = 9 | 4 por ciclo (4 días por ciclo) |
| G 4 | Severo | Sistemas eléctricos de trasmisión: Posibilidad de extensos problemas de control del voltaje y de los sistemas de protección, irregular funcionamiento de la red de trasmisión. Operaciones de sistemas espaciales: Posibilidad de inducción de carga eléctrica superficial y de dificultades con el seguimiento, se podrían requerir correcciones a los problemas de orientación. Otros sistemas: La inducción eléctrica en las redes de distribución de combustibles afecta las medidas preventivas, hay bloqueos esporádicos de señales de radio de HF, se afecta durante varias horas la navegación por satélites, se afecta la navegación por baja frecuencia, la aurora ha sido observada hasta en Alabama y el norte de California (típicamente 45° de latitud geomagnética). |
Kp = 8, incluye el 9- | 100 por ciclo (60 días por ciclo) |
| G 3 | Fuerte | Sistemas eléctricos de trasmisión: Se podrían requerir acciones de control del voltaje, se disparan en falso las alarmas de protección. Operaciones de sistemas espaciales: Posibilidad de inducción de carga eléctrica en los componentes, puede ocurrir un incremento de la razón de decaimiento de satélites de órbitas bajas, podrían requerirse correcciones de la orientación. Otros sistemas: Intermitencia en la navegación por satélites y por señales de baja frecuencia, señales de radio de HF intermitentes, la aurora ha sido observada hasta en Illinois y Oregón (típicamente 50° de latitud geomagnética). |
Kp = 7 | 200 por ciclo (130 días por ciclo) |
| G 2 | Moderado | Sistemas eléctricos de trasmisión: Pueden producirse alarmas de voltaje en los sistemas de distribución de altas latitudes. Tormentas de larga duración pueden producir daño en transformadores. Operaciones de sistemas espaciales: Se requieren acciones correctivas por el centro de control, los cambios en el decaimiento de los satélites afectan los cálculos de órbitas. Otros sistemas: La propagación de señales de HF se desvanece a altas latitudes, la aurora se ha visto hasta en New York e Idaho (típicamente 55° de latitud geomagnética). |
Kp = 6 | 600 por ciclo (360 días por ciclo) |
| G 1 | Menor | Sistemas eléctricos de trasmisión: Débiles fluctuaciones de potencia. Operaciones de sistemas espaciales: Afectaciones menores a la operación de satélites. Otros sistemas: Los animales migratorios se ven afectados a este y a niveles superiores. La aurora se ve comúnmente a altas latitudes (Norte de Michigan y Maine). |
Kp = 5 | 1700 por ciclo (900 días por ciclo) |
Tormentas de radiación solar
| Escala | Descripción | Efectos | Parámetro físico Nivel de flujo >= 10 MeV partículas (iones) |
Frecuencia promedio (1 ciclo = 11 años) |
|---|---|---|---|---|
| S 5 | Extremo | Biológicos: Peligro inevitable de alta radiación para astronautas en AEV (actividades extravehiculares); son posibles altos niveles de radiación para pasajeros y tripulación de naves aéreas comerciales a altas latitudes (equivalente a unas 100 radiografías del torso). Operaciones de satélites Pérdida de algunos satélites, daños en memoria provocan pérdida de control, intenso ruido en datos de imágenes, los seguidores de estrellas no pueden localizar las fuentes, daño permanente a paneles solares. Otros sistemas: No se pueden establecer comunicaciones HF (alta frecuencia) en las regiones polares, los errores en los sistemas de posicionamiento hacen la navegación extremadamente difícil. |
105 | Menos de 1 por ciclo |
| S 4 | Severo | Biológicos: Peligro inevitable de alta radiación para astronautas en AEV; son posibles altos niveles de radiación para pasajeros y tripulación de naves aéreas comerciales a altas latitudes (equivalente a unas 10 radiografías del torso). Operaciones de satélites Dificultades con los dispositivos de memoria, ruidos en sistemas de imágenes, malfuncionamiento en los localizadores de estrellas causan problemas de orientación, los paneles solares son afectados. Otros sistemas: Bloqueo de las comunicaciones HF a través de las regiones polares, incremento en los errores de navegación durante varios días. |
104 | 3 por ciclo |
| S 3 | Fuerte | Biológicos: Se recomienda que los astronautas en AEV eviten los peligros de radiación; son posibles bajos niveles de radiación para pasajeros y tripulación de naves aéreas comerciales a altas latitudes (equivalente a 1 radiografía del torso) Operaciones de satélites Ocurrencia de eventos simples, ruido en las señales de imágenes, es posible ligera disminución de la eficiencia de los paneles solares. Otros sistemas: Se deteriora la radio comunicación HF a través de las regiones polares, posibilidad de algunos errores en los sistemas de navegación. |
103 | 10 por ciclo |
| S 2 | Moderado | Biológicos: Los pasajeros y la tripulación de las aeronaves que vuelan a gran altitud sobre latitudes altas pueden sufrir un riesgo elevado de radiación. Operaciones de satélites Baja probabilidad de ocurrencia de eventos simples. Otros sistemas: Efectos no importantes en la propagación HF y en los sistemas de navegación a través de las regiones polares. |
102 | 25 por ciclo |
| S 1 | Menor | Biológicos: Ningún efecto. Operaciones de satélites Ningún efecto. Otros sistemas: Afectaciones menores a las señales HF en las regiones polares. |
10 | 50 por ciclo |
Bloqueos de radio
| Escala | Descripción | Efectos | Parámetro físico | Frecuencia promedio (1 ciclo = 11 años) |
|---|---|---|---|---|
| R 5 | Extremo | Radio HF: Bloqueo completo por varias horas de HF (altas frecuencias) en todo el lado diurno terrestre. Esto resulta en que no hay comunicación HF con marineros o aviadores en este sector. Navegación: Se interrumpen por varias horas las señales de baja frecuencia utilizadas por los sistemas de navegación en el lado diurno del planeta, provocando pérdidas en los sistemas de posicionamiento. Durante un período similar, se incrementan los errores de los sistemas de navegación por satélites en el lado diurno, lo que puede extenderse al lado nocturno de la Tierra. |
X20 (2 x 10-3) |
Menos de 1 por ciclo |
| R 4 | Severo | Radio HF: Bloqueo de HF por una a dos horas en la mayor parte del lado diurno terrestre; durante este tiempo se pierde el contacto por radio HF. Navegación: Las interrupciones por una a dos horas de las señales de navegación de baja frecuencia incrementan el error en los posicionamientos. Posibilidad de interrupciones menores en los sistemas de navegación por satélites en el lado diurno. |
X10 (10-3) |
8 por ciclo (8 días por ciclo) |
| R 3 | Fuerte | Radio HF: Bloqueo de las señales HF en amplias áreas, pérdida durante cerca de una hora del contacto por radio en el lado diurno de la Tierra. Navegación: Disminución de la calidad de las señales de baja frecuencia durante aproximadamente una hora. |
X1 (10-4) |
175 por ciclo (140 días por ciclo) |
| R 2 | Moderado | Radio HF: Bloqueo limitado de las señales HF en el lado diurno, pérdida de radio contacto por decenas de minutos. Navegación: Alteración de las señales de navegación de baja frecuencia por decenas de minutos. |
M5 (5 x 10-5) |
350 por ciclo (300 días por ciclo) |
| R 1 | Menor | Radio HF: Afectaciones débiles o menores de las señales de HF en el lado diurno, pérdida ocasional de radio comunicación. Navegación: Alteraciones de corta duración de las señales de navegación de baja frecuencia. |
M1 (10-5) |
2000 por ciclo (950 días por ciclo) |
Haga clic aquí para ver las escalas en el sitio web del Centro de Predicción del Clima Espacial de la NOAA.
Encontrará información adicional en el capítulo 10 «Forecasting Space Weather at the Earth and Beyond» (pronósticos del clima espacial en la Tierra y más allá) del recurso sobre el Sol, la Tierra y el espacio cercano a la Tierra titulado The Sun, The Earth, and Near-Earth Space (en inglés).
Tecnología
El clima espacial es constante y cambia continuamente. Para comprender y pronosticar los cambios que ocurren en el entorno espacial es fundamental contar con redes espaciales y terrestres tecnológicamente robustas. Esta compleja red de instrumentos juega un papel vital en la protección de nuestras infraestructuras críticas y de nuestros servicios esenciales.
La enorme dependencia de la sociedad moderna actual en las tecnologías electrónicas explica el crecimiento continuo de la base de abonados del SWPC y su interés en recibir las predicciones con más anticipación para poder adoptar con tiempo las medidas de mitigación de los posibles impactos. Nuestros satélites actuales nos permiten observar los eventos en el momento en que ocurren en el Sol, así como las tormentas que el viento solar trae hacia nuestro planeta.
De momento, la medición directa del viento solar solo es posible una vez que la nube de plasma haya recorrido el 99 % del camino desde el Sol. En los casos más extremos, esto nos da un plazo de tan solo 10 a 12 minutos para avisar de una tormenta geomagnética inminente.
Observaciones terrestres
Nuestro sistema de defensa del clima espacial no depende solo de los satélites en órbita en torno a la Tierra, sino también de una red de observatorios terrestres.
Observatorios ópticos
Estos observatorios utilizan potentes telescopios dotados de filtros especiales para observar el Sol directamente, especialmente la fotosfera y la cromosfera, y registrar estructuras tales como manchas solares, llamaradas, filamentos y prominencias. Estos datos nos ayudan a comprender la estructura y el nivel de actividad solar actual a fin de pronosticar lo que puede ocurrir en el futuro.
La red GONG de oscilaciones globales (Global Oscillations Network Group) es una red mundial integrada por seis telescopios idénticos ubicados en lugares estratégicos alrededor del mundo que puede observar el Sol casi continuamente. Estos telescopios —administrados por el programa sinóptico integrado del observatorio solar nacional o NISP (National solar observatory's Integrated Synoptic Program) en virtud de un acuerdo con la Fundación Nacional de Ciencias— se especializan en captar imágenes de la superficie visible del Sol, la fotosfera, y en estudiar sus vibraciones sutiles. El estudio de estas oscilaciones solares, denominado heliosismología, puede mejorar nuestra comprensión de la estructura y la dinámica de nuestra estrella.
La red SOON (Solar Observing Optical Network) es una red óptica de observación solar que utiliza telescopios terrestres bajo la administración del ala meteorológica 557th Weather Wing de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Estos telescopios dedicados a observar la superficie solar visible, la fotosfera, utilizan filtros especiales para captar imágenes de alta resolución. La red SOON cumple una función crítica en el monitoreo de la actividad solar rastreando manchas solares, llamaradas, filamentos y prominencias.
Radio observatorios
La observación de las emisiones radio del Sol nos permite seguir el progreso de las llamaradas solares e identificar las señales indicadoras de las eyecciones de masa coronal. Las emisiones radio solares también pueden degradar la relación señal-ruido en general e interferir con los sistemas de comunicación y radar de los satélites.
La red de radiotelescopios solares RSTN (Radio Solar Telescope Network) está bajo la administración del ala meteorológica 557 (557th Weather Wing) de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Estos observatorios utilizan grandes antenas para observar las emisiones de radio del Sol a frecuencias específicas predeterminadas. Estas observaciones continuas permiten seguir la actividad solar y detectar los aumentos súbitos en la intensidad de las emisiones de radio. Los datos de la red RSTN juegan un papel fundamental en el pronóstico del clima espacial y ayudan a alertar a las operaciones militares cuando las emisiones de radio del Sol pueden causar interrupciones.
Magnetómetros
Estos instrumentos miden el campo magnético de la Tierra y son los principales indicadores de la ocurrencia de una tormenta geomagnética. Un cambio repentino en el campo magnético puede indicar la llegada de una eyección de masa coronal. El monitoreo de los efectos de las eyecciones de masa coronal en el campo magnético terrestre a lo largo del tiempo proporciona información crucial para que las operadoras de infraestructuras puedan tomar medidas preventivas.
Observaciones espaciales
El componente espacial del sistema de observación del clima espacial comprende una flota variada de satélites, cada uno de los cuales ofrece una perspectiva única según su posición en el espacio y en función de los instrumentos individuales que transporta.
Pregunta
¿Cuáles de estos enunciados describe correctamente los instrumentos de observación del clima espacial que vuelan a bordo de los satélites? Elija todas las respuestas pertinentes.
Las respuestas correctas son b), c), d) y e).
Los sensores del clima espacial a bordo de los satélites NOAA se dedican a observar el Sol y el entorno cercano a la Tierra en tiempo real. Los datos obtenidos por los satélites de la NASA están destinados principalmente a fines de investigación, pero gracias a las interacciones con la comunidad de predicción operativa se establecieron comunicaciones «en modo baliza» casi en tiempo real. Esto permitió aprovechar los datos en el ámbito de pronóstico para muestrear el viento solar, observar las capas del Sol y rastrear el tránsito de las eyecciones de masa coronal. Hasta la primera década del siglo XXI, las naves espaciales de la NASA y de algunas entidades internacionales eran la única fuente de datos de clima espacial más allá de las órbitas geosincrónicas.
Monitorear el entorno espacial es esencial no solo para proteger la tecnología en la Tierra, sino también para comprender los impactos en los satélites. La radiación ultravioleta, las partículas cargadas y las tormentas geomagnéticas pueden dañar los componentes electrónicos internos, perturbar las señales de comunicaciones, cambiar trayectorias y acelerar la degradación de los paneles fotovoltaicos y los revestimientos protectores. En casos extremos, el satélite puede quedar inutilizable de forma permanente.
El radiómetro visible e infrarrojo VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) a bordo de los satélites Suomi NPP (Suomi National Polar-orbiting Partnership), NOAA-20 y NOAA-21, un proyecto conjunto de la NASA y la NOAA, se puede usar para detectar las auroras más intensas. Las imágenes de la banda diurna/nocturna (day-night band) son de particular interés, porque durante estos eventos registran una banda, voluta u otra estructura blanca brillante.
En 1772, el físico José Luis Lagrange calculó, para un sistema orbital de tres cuerpos, las posiciones donde la fuerza neta impartida por los dos cuerpos grandes permitiría que un objeto pequeño de masa insignificante mantuviera su posición respecto de ellos. Como muestra el diagrama en la primera pestaña a continuación, hay cinco puntos de Lagrange, denominados L1 a L5.
Puntos de Lagrange
Órbitas satelitales
El primer punto de Lagrange (L1), ubicado a una distancia aproximada de 1.5 millones de kilómetros de la Tierra en la línea Tierra-Sol, es la posición perfecta para observar tanto el Sol como el clima espacial entrante. Los puntos de Lagrange son lugares donde las fuerzas gravitacionales del Sol y de la Tierra se cancelan parcialmente. Estas posiciones especiales, donde podemos estacionar una nave espacial en una órbita relativamente estable y mantener su posición utilizando un mínimo de energía, brindan ciertas ventajas: 1) una vista del Sol sin obstrucciones y libre de las interferencias terrestres y 2) un sistema de alerta temprana de las eyecciones de masa coronal. Desde el punto L1, una nave espacial puede detectar las eyecciones de masa coronal antes de que lleguen a la Tierra, medir sus propiedades y brindar tiempo y datos valiosos para preparar pronósticos del clima espacial e implementar los esfuerzos de mitigación necesarios para proteger nuestra infraestructura de posibles interrupciones. Los satélites SOHO (SOlar Heliospheric Observatory, un proyecto conjunto entre la ESA y la NASA), ACE (Advanced Composition Explorer, de la NASA) y DSCOVR (Deep Space Climate ObserVatoRy) de la NOAA ocupan la posición estratégica L1.
Los instrumentos del observatorio solar y heliosférico SOHO (SOlar and Heliospheric Observatory) nos han ayudado a identificar varios tipos de estructuras solares, como las regiones activas, los agujeros coronales y, con su coronógrafo, la más importante, las eyecciones de masa coronal.
Situado justamente a la centésima parte de la distancia entre la Tierra y el Sol, el satélite de estudio de la composición del entorno espacial ACE brinda información crítica sobre lo que trae el viento solar. El satélite ACE mide las condiciones del viento solar, como la intensidad y orientación del campo magnético, y transmite los datos en tiempo real para avisarnos con anticipación y precisión de cualquier tormenta geomagnética entrante.
Pero las verdaderas estrellas de la predicción del clima espacial son los satélites geoestacionarios operacionales ambientales GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite), ya que cuentan con un arsenal de instrumentos para observar el entorno espacial.
Uno de dichos instrumentos genera imágenes del Sol en las longitudes de onda de rayos X, otro observa el flujo total de los rayos X en dos longitudes de onda y un tercero vigila los flujos de electrones, protones y partículas alfa energéticos que bombardean la nave espacial. Hay también un magnetómetro a bordo que estudia el vector campo magnético. Estos sensores nos permiten predecir la probabilidad de un evento de protones energéticos, estimar las regiones de pérdida de señales radio de onda corta y la gravedad de dicha pérdida, así como monitorear los cambios en el campo magnético de la Tierra. Dado que estos satélites también sienten los efectos de los eventos de clima espacial, es importante vigilarlos.
El observatorio del clima del espacio profundo DSCOVR de la NOAA se lanzó en febrero de 2015 y mantiene las capacidades de observación del viento solar en tiempo real de los Estados Unidos, esenciales para la exactitud y la generación temprana de las alertas y los pronósticos del clima espacial de la NOAA. La misión DSCOVR asumió el rol del satélite ACE de apoyar las alertas y avisos de viento solar desde la posición orbital en L1.
Los tres instrumentos principales del observatorio de la dinámica solar SDO (Solar Dynamics Observatory), en órbita desde 2010, captan varios detalles de interés para diversas disciplinas. Independientemente de que se trate de fotografiar la superficie y la atmósfera solares en 10 longitudes de onda distintas o de utilizar el proceso de heliosismología para generar mapas de los campos magnéticos superficiales y subsuperficiales, los datos solares que el SDO pone a nuestra disposición para usos científicos, de pronóstico y de investigación ofrecen un grado de detalle que nunca se había visto antes. Los satélites GOES-16 y GOES-18, lanzados en tiempos recientes, cuentan con el generador de imágenes solares ultravioletas SUVI (Solar UltraViolet Imager). Estos instrumentos ponen a nuestra disposición, casi en tiempo real, imágenes similares a las del observatorio SDO, excepto las imágenes de intensidad (intensitygram) y los magnetogramas, que solo el SDO puede producir.
En 2011, una constelación de satélites nos dio, por vez primera, un panorama de 360 grados del Sol. Este hito histórico fue posible gracias a los dos satélites del observatorio de relaciones solar-terrestres (Solar TErrestrial RElations Observatory, STEREO) y sus posiciones orbitales únicas. Sin embargo, en 2014 se perdieron por completo las comunicaciones con el satélite STEREO-B, de modo que en 2024 solo STEREO-A seguía funcionando. La trayectoria de STEREO-A alrededor del Sol es similar a la órbita terrestre, pero levemente distinta. Debido a la pequeña diferencia en sus órbitas, el satélite se ha alejado de la Tierra y está pasando al otro lado del Sol. En mayo de 2024, STEREO-A se había adelantado a la órbita terrestre, alejado de la línea Sol-Tierra, como muestra la imagen a continuación.
La simulación siguiente muestra las órbitas de las dos naves espaciales STEREO, pero recuerde que perdimos las comunicaciones con el satélite STEREO-B:
Para aprender más sobre las observaciones del clima espacial que permiten los satélites de la serie GOES-R, mire este video.
El GOES-R y el clima espacial
Periódicamente, cuando el Sol se torna hiperactivo y menos estable, sus emisiones pueden perturbar el campo magnético y la atmósfera superior de la Tierra. Estas tormentas geomagnéticas suelen durar 1 o 2 días y pueden provocar niveles de radiación peligrosos para astronautas, componentes electrónicos de satélites y tripulaciones de vuelo, especialmente sobre las regiones polares de la Tierra. Las perturbaciones geomagnéticas pueden asimismo dañar y perturbar los sistemas de transmisión de energía eléctrica, degradar los sistemas de comunicación y navegación, dificultar las operaciones de oleo y gasoductos e interferir con las exploraciones geológicas. El costo económico de los impactos adversos del clima espacial se ha estimado en 200 a 400 millones de USD al año y existe el potencial para pérdidas considerablemente mayores. Solo para los satélites del gobierno de los EE. UU., se calcula que el costo asciende a más de $100 millones de USD al año. Durante las tormentas geomagnéticas y de radiación, por motivos de seguridad las aerolíneas desvían muchos vuelos de las rutas polares, a un costo que puede superar los 100 000 USD por vuelo. También se calcula que la capacidad de alertar oportunamente a la industria de energía eléctrica estadounidense de las tormentas geomagnéticas podría ahorrar unos 150 millones de USD al año. El lanzamiento de los satélites meteorológicos de próxima generación puso a nuestra disposición gran cantidad de información sobre el entorno espacial y la actividad solar que contribuye a mejorar nuestros pronósticos.
Capacidades y beneficios
Nuestra dependencia de las telecomunicaciones, los satélites, los componentes electrónicos en aviación y la transmisión de energía eléctrica es cada vez mayor y requiere mejoras en nuestra capacidad de monitorear continuamente la actividad solar y el entorno espacial de la Tierra. Los datos de los actuales satélites GOES y en órbitas polares se usan juntos para alertar a las oficinas de pronóstico y a las industrias sensibles a estos eventos cuando la actividad solar puede ser peligrosa. Los satélites de próxima generación GOES-R transportan instrumentos de clima espacial considerablemente más modernos que mejoran las alertas y los pronósticos del clima espacial, lo cual permite avisar a las industrias sensibles a estos eventos y a otros grupos interesados de la posibilidad de actividad solar y tormentas geomagnéticas posiblemente peligrosas. Con avisos y alertas más confiables es posible tomar medidas protectoras para limitar los daños en la red de energía eléctrica, los sistemas de telecomunicaciones y las operaciones de aeronaves, así como para proteger el personal de a bordo de vuelos aéreos y espaciales. Las observaciones del Sol y del entorno de clima espacial desde el GOES-R se realizan con una suite de instrumentos que incluye un generador de imágenes solares avanzado para la detección temprana de los eventos solares, instrumentos sensibles a las partículas emitidas durante los períodos de mayor actividad solar y un instrumento para medir el campo magnético de la Tierra, importante para alertar de las tormentas geomagnéticas potencialmente peligrosas.
Mejoras técnicas
La misión espacial GOES-R comprende dos componentes, uno orientado hacia el Sol y otro para recopilar datos in situ desde una órbita geoestacionaria. El GOES-R transporta el generador de imágenes solares ultravioletas (Solar UltraViolet Imager, SUVI) y la suite de irradiancia en el ultravioleta extremo y rayos X (EXtreme ultraviolet and X-ray Irradiance Suite, EXIS), que ayudan a avisar temprano de los eventos solares. El SUVI obtiene imágenes del disco solar completo a intervalos regulares, mientras que el EXIS mide los flujos de energía de rayos X y ultravioletas extremos asociados con la actividad solar normal y perturbada, como las fulguraciones, las eyecciones de masa coronal y los agujeros coronales. El segundo componente incluye tanto la suite in situ del entorno espacial o SEISS (Space Environment In Situ Suite), como un magnetómetro. El instrumento SEISS mide varias partículas energéticas emitidas por el Sol, mientras que el magnetómetro ayuda a evaluar el campo magnético terrestre y sus interacciones con la energía solar y la atmósfera terrestre. Estos datos mejoran las alertas y los pronósticos de tormentas geomagnéticas. Los instrumentos de clima espacial también brindan datos esenciales para el monitoreo a largo plazo del comportamiento solar y de las condiciones en el entorno espacial de la Tierra.
El futuro de las observaciones satelitales
El monitoreo del clima espacial es una constante carrera contra el tiempo. A medida que los satélites de investigación más antiguos como ACE, SOHO y STEREO envejezcan y, con el tiempo, se vuelvan inutilizables, será esencial emprender nuevas misiones operativas y de investigación a fin de mantener una red de monitoreo robusta. Además, la expansión de las perspectivas y las capacidades de recolección de datos de la red existente seguirá aumentando nuestra comprensión del Sol y mejorando nuestros pronósticos. Estos son los futuros satélites planeados para usos operacionales:
- GOES-19
- SWFO-L1
- Vigil-L5
El futuro del monitoreo del clima espacial depende de un enfoque múltiple. Será esencial una inversión continua en observatorios espaciales nuevos y de reemplazo con capacidades avanzadas para la detección y caracterización tempranas de las eyecciones de masa coronal. Los observatorios terrestres, algunos de los cuales cumplen funciones de respaldo cuando un instrumento espacial falla, seguirán jugando un papel crítico en la provisión continua de datos de clima espacial.
Resumen
El clima espacial es el resultado de los cambios que ocurren en las emisiones solares y del acoplamiento de dichos cambios con el campo magnético y la atmósfera terrestres. Como vimos, los eventos de clima espacial pueden acarrear muchos problemas para nuestros sistemas tecnológicos y representar un peligro para las personas que trabajan en la atmósfera superior y en el entorno espacial.
Por eso el SWPC observa constantemente el entorno espacial de la Tierra y utiliza las mediciones realizadas por los satélites en órbita y los sistemas terrestres para pronosticar continuamente las condiciones en el entorno cercano a la Tierra con el fin de salvaguardar nuestro bienestar y nuestras tecnologías.
Colaboradores
Patrocinadores de COMET
The COMET® Program está patrocinado por el National Weather Service (NWS) de NOAA, con fondos adicionales de las siguientes organizaciones:
- European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT)
- Meteorological Service of Canada (MSC)
- NOAA National Environmental Satellite, Data and Information Service (NESDIS)
- Naval Meteorology and Oceanography Command (NMOC)
Colaboradores del proyecto
Gerencia del proyecto
- Wendy Schreiber-Abshire — UCAR/COMET
Dirección del proyecto
- Dolores Kiessling — UCAR/COMET
Gestión del proyecto en el SWPC
- LCDR Jeff Shoup — NOAA SWPC
- Dianne Suess — NOAA SWPC
Asesoramiento científico
- Dr. Tom Bogdan — NOAA SWPC
- Dr. Doug Biesecker — NOAA SWPC
- Dr. Genene Fisher — NOAA SWPC
- Brent Gordon — NOAA SWPC
- Joesph Kunches — NOAA SWPC
- William Murtagh — NOAA SWPC
- Robert Rutledge — NOAA SWPC
- Dr. Rodney Viereck — NOAA SWPC
Asesoramiento científico de la primera edición
- Barbara Poppe — NOAA Space Environment Center (SEC)
- Ernest Hildner — NOAA SEC
- Terry Onsager — NOAA SWPC
Infografía/Diseño de interfaz
- Steve Deyo — UCAR/COMET
- Heidi Godsil — UCAR/COMET
Diseño multimedia
- Dolores Kiessling — UCAR/COMET
- Mark Mulholland — UCAR/COMET
- Dan Riter — UCAR/COMET
Edición/Producción audiovisual
- Dan Riter — UCAR/COMET
Narración
- Dolores Kiessling — UCAR/COMET
Traducción al español
- David Russi
Imágenes
- Cortesía de los consorcios SOHO/EIT y SOHO/LASCO. SOHO es un proyecto conjunto de ESA y NASA.
Pronosticador en las fotos
- Shawn Dahl
Actualización de 2024
Gestión del programa
- Vanessa Vincente — UCAR/COMET
Gestión del proyecto
- Lee-ann Simpson — UCAR/COMET
Diseño instruccional
- Lee-ann Simpson — UCAR/COMET
Asesoramiento científico
- Michael Bettwy — NOAA SWPC
- LT Bryan Brasher — NOAA SWPC
- Shawn Dahl — NOAA SWPC
- Dolores Kiessling — UCAR/COMET
- Robert Steenburgh — NOAA SWPC
Versión en español
- David Russi
Personal de COMET, otoño de 2012
Director
- Dr. Timothy Spangler
Administración
- Elizabeth Lessard, gerenta comercial y administrativa
- Lorrie Alberta
- Michelle Harrison
- Hildy Kane
Soporte de hardware/software y programación
- Tim Alberta, gerente de grupo
- Bob Bubon
- Ken Kim
- Mark Mulholland
- Victor Taberski - alumno ayudante
- Chris Webber - alumno ayudante
- Malte Winkler
Diseño instruccional
- Dr. Patrick Parrish, gerente principal de proyectos
- Dr. Alan Bol
- Maria Frostic
- Lon Goldstein
- Bryan Guarente
- Dra. Vickie Johnson
- Tsvetomir Ross-Lazarov
- Marianne Weingroff
Grupo de producción multimedia
- Bruce Muller, gerente de grupo
- Steve Deyo
- Dan Riter
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Meteorólogos/Científicos
- Dr. Greg Byrd, gerente principal de proyectos
- Wendy Schreiber-Abshire, gerenta principal de proyectos
- Dr. William Bua
- Patrick Dills
- Matthew Kelsch
- Dolores Kiessling
- Dr. Cody Kirkpatrick
- Dra. Arlene Laing
- Dave Linder
- Dra. Elizabeth Mulvihill Page
- Amy Stevermer
Traducción al español
- David Russi
NOAA/National Weather Service - Forecast Decision Training Branch
- Anthony Mostek, jefe de la unidad
- Dr. Richard Koehler, jefe de entrenamiento hidrológico
- Brian Motta, Entrenamiento IFPS
- Dr. Robert Rozumalski, Coordinador de SOO Science and Training Resource (SOO/STRC)
- Ross Van Til, meteorólogo
- Shannon White, entrenamiento AWIPS
Meteorólogo visitante del Servicio Meteorológico de Canadá (MSC)
- Brad Snyder