Es difícil predecir el clima espacial y solo tenemos una hora para prevenir desastres en la Tierra

Aurora boreal observada en Noruega en octubre de 2006. Crédito: Rafal Konieczny.

Los desarrollos recientes en la vanguardia de la astronomía nos permiten observar que los planetas que orbitan otras estrellas tienen climas. De hecho, sabemos que otros planetas en el Sistema Solar tienen climas, en muchos casos más extremos que el nuestro.

Nuestras vidas son afectadas por variaciones atmosféricas a corto plazo del clima en la Tierra y tememos que cambios climáticos a mediano y largo plazo también tengan un gran impacto. El término recientemente acuñado de “clima espacial” se refiere a los efectos que surgen en el espacio pero que afectan la Tierra y las regiones cercanas. Más sutil que el clima meteorológico, el clima espacial generalmente actúa sobre los sistemas tecnológicos y tiene impactos potenciales que van desde interrupciones en las comunicaciones hasta fallas en las redes eléctricas.

La capacidad de predecir el clima espacial es una herramienta esencial para proporcionar advertencias de modo que se pueda mitigar los daños y en casos extremos, con suerte, prevenir un desastre.

Historia del pronóstico del tiempo

Ahora estamos acostumbrados a pronósticos meteorológicos a gran escala que son bastante precisos para una escala de tiempo de aproximadamente dos semanas.

El pronóstico meteorológico científico se originó hace alrededor de un siglo. La predicción meteorológica se basa en un buen conocimiento de la teoría subyacente, codificada en grandes programas informáticos ejecutados en los computadores más avanzados, con enormes cantidades de datos de entrada.

Aspectos importantes del clima, como la humedad, pueden ser medidos por satélites que monitorean continuamente. Otras mediciones también pueden ser tomadas inmediatamente, por ejemplo, por los casi 2.000 globos meteorológicos que se lanzan cada día. La exploración de los límites en la predicción del tiempo dio lugar a la teoría del caos, algunas veces llamada “efecto mariposa”. La acumulación de errores produce el límite práctico de dos semanas.

Por el contrario, ¡la predicción del clima espacial solo es verdaderamente confiable con una hora de anticipación!

Efectos solares

La mayor parte del clima espacial se origina en el Sol. Su atmósfera más externa es expulsada hacia el espacio a velocidades supersónicas, aunque con una densidad tan baja que el espacio interplanetario está más enrarecido de lo que es considerado un vacío en nuestros laboratorios. A diferencia de los vientos de la Tierra, este viento solar trae consigo un campo magnético. Es mucho más pequeño que el campo magnético de la Tierra que podemos detectar con una brújula en la superficie y mucho más pequeño que el de un magneto para refrigeradores, pero puede interactuar con la Tierra, jugando un papel importante en el clima espacial.

Imagen del Sol obtenida por el observatorio espacial SDO el 17 de agosto de 2021. Crédito: NASA/SDO.

El muy tenue viento solar, con un campo magnético muy débil, aun así puede afectar la Tierra en parte debido a que interactúa con una gran burbuja magnética alrededor de nuestro planeta, llamada magnetosfera, sobre un área muy grande, al menos cien veces el tamaño de la Tierra. Al igual que una brisa que puede mover ligeramente un hilo, puede también mover un gran velero cuando es captada por las grandes velas, el efecto del viento solar, a través de su presión directa (como sobre una vela) o a través de la interacción de su campo magnético con el de la Tierra, puede ser enorme.

Como el punto de origen, el Sol mismo es una masa hirviente de gas caliente y campos magnéticos, y su interacción es compleja, algunas veces incluso explosiva. Los campos magnéticos están concentrados cerca de las manchas solares y producen fenómenos electromagnéticos como las llamaradas solares y eyecciones de masa coronal. Al igual que los tornados en la Tierra, generalmente sabemos cuándo las condiciones son favorables para estas explosiones localizadas, pero su predicción precisa es difícil.

Incluso una vez que un evento es detectado, si una gran masa de gas rápido, caliente y denso se dirige en nuestra dirección (y dicha “nube” a su vez es difícil de detectar, acercándose a nosotros sobre el resplandor del Sol), hay otro factor que complica la predicción de su peligro.

Detección de los campos magnéticos

A diferencia de la humedad detectable –y algunas veces incluso visible– en la atmósfera que es tan importante en la meteorología, el campo magnético del gas eyectado del Sol, incluso en las nubes calientes y más densas de las explosiones, es casi imposible detectarlo desde lejos. El efecto de una nube interplanetaria aumenta en gran medida si la dirección de su campo magnético es opuesta al campo de la Tierra donde impacta la barrera de la magnetosfera del planeta. En ese caso, un proceso conocido como “reconexión” permite que gran parte de la energía de la nube sea transferida a la región cerca de la Tierra y se acumule en su mayoría en el lado nocturno, a pesar de que la nube golpee en el lado diurno.

Mediante procesos secundarios, que generalmente involucran una reconexión posterior, esta energía produce efectos en el clima espacial. Los cinturones de radiación de la Tierra pueden recibir mucha energía, poniendo en peligro a los astronautas y satélites. Estos procesos también pueden producir brillantes auroras, cuya belleza esconde su peligro debido a que a su vez producen campos magnéticos. Un efecto de generador tiene lugar cuando las auroras hacen variar los campos magnéticos, pero a diferencia de los generadores que producen mucha de nuestra electricidad, los campos eléctricos de las auroras son descontrolados.

Los campos eléctricos de las auroras son pequeños e indetectables para los sentidos humanos. Sin embargo, sobre una región muy grande pueden acumularse hasta tener un voltaje considerable. Es este efecto el que representa un peligro para nuestras infraestructuras más grandes, como las redes eléctricas. Para predecir cuándo podría pasar esto, necesitaríamos medir desde lejos el tamaño y dirección del campo magnético en una nube espacial que se acerca. Sin embargo, ese campo invisible es sigiloso y difícil de detectar hasta que está cerca de nosotros.

Satélites de monitoreo

Ilustración artística de una de las naves STEREO y una eyección de masa coronal. Crédito: NASA.

Por las leyes gravitacionales de las órbitas, un satélite que monitoree continuamente los campos magnéticos por medición directa, debe ubicarse a aproximadamente 1,6 millones de kilómetros de la Tierra, entre nosotros y el Sol cien veces más lejos. Una nube magnética que cause efectos menores generalmente tarda alrededor de tres días en llegar desde el Sol a la Tierra. Una nube realmente peligrosa, proveniente de una explosión solar mayor, puede tardar tan poco como un día. Dado que nuestros satélites de monitoreo están relativamente cerca de la Tierra, solo conocemos la crucial dirección del campo magnético como máximo una hora antes del impacto. No es mucho tiempo para preparar la infraestructura vulnerable, como satélites y redes de energía y comunicaciones, para resistir mejor.

Como las flotas de satélites necesarias para dar una mejor advertencia ni siquiera están en los planes, debemos confiar en la suerte para enfrentar el clima espacial. Puede ser un pequeño consuelo que se ha predicho que el siguiente máximo solar –cuando la superficie del Sol está más activa durante un ciclo– de 2025 será leve.

Puede ser Mark Twain quien dijo “es difícil hacer predicciones, sobre todo si se trata del futuro”, pero es muy cierto en el caso del clima espacial.

Fuente: The Conversation