Los bucles coronales se extienden desde la superficie del sol a lo largo de complicadas líneas magnéticas. Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA En marzo de 2011, científicos del Reino Unido, Finlandia, Francia, Bélgica y España anunciaron la formación de un proyecto llamado SPACECAST. El propósito del proyecto es detectar, estudiar y pronosticar el clima espacial. Pero estos científicos no son meteorólogos interestelares.
El clima espacial no es el mismo que nuestro clima aquí en la Tierra. No obtendrá un pronóstico espacial de parcialmente nublado con probabilidad de chubascos. En lugar de, su informe meteorológico puede parecer sacado de una película de ciencia ficción. En lugar de precipitaciones, estarías mirando la radiación gamma y las fluctuaciones magnéticas.
¿Por qué invertir en un proyecto como este en primer lugar? Porque el clima en el espacio nos afecta. En general, clima espacial se refiere a la energía y partículas que emite nuestro sol. Sin nuestro sol la vida en nuestro planeta no existiría como la conocemos. Pero no todo, desde el sol, es beneficioso para la vida.
La atmósfera de nuestro planeta nos protege de algunas de las radiaciones más dañinas del sol. Eso incluye rayos X y radiación gamma, Ambas son formas de radiación de alta energía que pueden quitar electrones de los átomos, ionizándolos. Estamos relativamente a salvo de esta radiación en el suelo. Pero, ¿qué pasa si estamos en un avión? O ¿qué pasa con los astronautas? ¿Quién puede estar en órbita baja o incluso más lejos de la superficie del planeta?
Además del riesgo para la vida humana, el clima espacial puede causar daños a la electrónica. La energía del sol puede estropear todo, desde satélites en órbita hasta redes eléctricas aquí en el suelo. Echemos un vistazo a cómo el sol puede hacer que el mundo se oscurezca.
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Los satélites de comunicaciones como este son vulnerables al clima espacial. Centro de Investigación Glenn de la NASA Hay aproximadamente 900 satélites activos en órbita alrededor de la Tierra [fuente:Union of Concerned Scientists]. Lanzar un satélite no es poca cosa. Puede costar millones de dólares desarrollar un satélite, construirlo, y colóquelo en órbita. Los satélites necesitan impulsos ocasionales para permanecer en órbita. Eso significa que los ingenieros deben tener en cuenta el peso del combustible en la parte superior del satélite.
El clima espacial puede disminuir la vida útil de los satélites de muchas maneras. Si el sol emite una eyección de masa coronal (CME), la radiación y las partículas pueden interferir con las operaciones de los satélites. La radiación ionizante puede debilitar un satélite. La energía también puede calentar la atmósfera, haciéndolo expandir. Un satélite en órbita baja podría experimentar resistencia atmosférica y estar en peligro de caer sin un impulso. Dado que hay una cantidad finita de combustible a bordo de un satélite, cada impulso no planificado reduce su vida útil.
La onda de choque magnética que acompaña a la actividad solar también es un problema. A menos que un satélite esté protegido adecuadamente, las fluctuaciones magnéticas podrían inducir electricidad dentro del propio satélite. Es posible que el satélite no responda correctamente a los comandos o que dé lecturas erróneas al control de tierra. Entre las partículas que viajan desde el sol durante una CME se encuentran los electrones. Incluso un solo electrón puede causar problemas si penetra en el blindaje de un satélite.
Muchos satélites militares tienen un blindaje grueso, ¿por qué no aplicarlo a todos los satélites? La respuesta a esta pregunta se reduce a riesgo versus recompensa. El blindaje agrega peso a un satélite. Eso significa que el satélite será más caro de lanzar y, dependiendo de la órbita del satélite, puede necesitar impulsos con más regularidad que los satélites más ligeros. Si el gasto de poner el satélite en órbita es mayor que el beneficio de tenerlo allí en primer lugar, no tiene sentido lanzarlo.
Lo que el proyecto SPACECAST espera hacer es estudiar los efectos de la actividad solar en los satélites con el objetivo de diseñar futuros satélites que sean resistentes a esos efectos sin aumentar los costos. Parte de la misión de SPACECAST es crear sistemas de detección de alerta temprana que podrían permitir a los operadores de satélites ajustar la órbita de un satélite o apagar sistemas no esenciales para minimizar los efectos que una tormenta solar podría tener en el dispositivo. Con suficiente antelación, Los operadores también podrían desviar las comunicaciones por satélite a otros satélites que no estén en el camino de una tormenta solar.
Ya hemos visto lo que le puede pasar a un satélite como resultado de la actividad solar. El 20 de enero 1994, dos satélites de comunicaciones llamados ANIK E1 y ANIK E2 sufrieron fallas internas debido a una carga dieléctrica profunda. Los electrones que se movían con intensa energía penetraron el blindaje de los satélites y causaron fallas. Se necesitaron ocho horas para recuperar el control de E1 y siete meses para volver a poner en servicio el E2 [fuente:Horne].
Los peligros no terminan ahí. ¿Deberíamos tener astronautas en órbita durante una tormenta solar, ellos también serían vulnerables a la actividad solar. SPACECAST ayudará a determinar el tipo de medidas de seguridad que debemos considerar para mantener seguros a los astronautas durante los eventos solares. Eso podría incluir la creación de salas de seguridad dentro de naves espaciales y estaciones espaciales que tengan blindaje grueso, así como procedimientos diseñados para apagar sistemas no esenciales durante una tormenta solar.
La actividad del sol también puede afectar la electrónica aquí en la Tierra. Próximo, veremos cómo una tormenta solar puede apagar una red eléctrica.
Existe una relación fundamental entre el magnetismo y la electricidad. Si alguna vez ha construido un electroimán, has visto esto en acción. Un electroimán simple consiste en una bobina de alambre de cobre envuelto alrededor de un núcleo; los clavos de hierro funcionan bien. Conecte los extremos del cable de cobre a una batería. Los electrones fluirán a través del alambre de cobre y generarán un campo magnético. Puede utilizar la uña envuelta en cobre como imán.
Si bien la electricidad puede crear un campo magnético, Lo contrario también es cierto. Un campo magnético puede crear, o inducir, electricidad. Si introduce un campo magnético en un conductor eléctrico, hará que los electrones fluyan a través del conductor como si estuviera conectado a una fuente de alimentación. Utilice un campo magnético lo suficientemente fuerte y el flujo de electricidad será significativo.
El sol puede producir campos magnéticos increíbles. Durante una tormenta solar, la fuerza magnética expulsada por el sol es lo suficientemente fuerte como para cambiar la forma de la magnetosfera de la Tierra. A esto lo llamamos un tormenta geomagnética y puede causar estragos en grandes sistemas eléctricos. Sistemas más pequeños, como su teléfono inteligente o computadora, tienden a ser seguros. Normalmente, Las tormentas solares solo afectan a grandes conductores. Pero esos grandes conductores pueden interferir con el funcionamiento de sistemas más pequeños.
Un aumento repentino de la electricidad en una red eléctrica es una mala noticia. Puede dañar los transformadores e incluso romper las líneas eléctricas a medida que atraviesa el sistema más electricidad de la que fue diseñada para manejar. En 1989, una tormenta geomagnética causó fallas en la red eléctrica de Quebec. Hubo un apagón completo para unos seis millones de residentes durante nueve horas. El costo total para el sistema HydroQuebec fue de $ 6 mil millones [fuente:Horne].
SPACECAST ayudará a las naciones europeas a predecir cuándo ocurrirá una tormenta geomagnética. En teoria, les dará a las naciones un tiempo valioso para ajustar las cargas de la red eléctrica a fin de prepararse para las fluctuaciones magnéticas que se aproximan. En el futuro, Los enfoques de redes inteligentes pueden brindar a los ingenieros la oportunidad de distribuir las cargas de energía de tal manera que no molesten a los clientes.
Radio Goo GooLas fluctuaciones magnéticas en la ionosfera pueden interferir con las transmisiones de radio de alta frecuencia. Eso puede incluir señales enviadas por satélites GPS, lo que podría afectarnos en la Tierra; como resultado, es posible que su confiable sistema de navegación GPS no pueda determinar su ubicación real.
Una imagen del sol capturada el 2 de abril, 2001, por el Extreme ultraviolet Imaging Telescope (EIT) durante la erupción solar más grande jamás registrada. Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA Además de proteger los activos en y sobre la Tierra, SPACECAST impulsará la investigación científica. Hay mucho que no sabemos sobre el clima espacial. Las lagunas en nuestro conocimiento dificultan la preparación para eventos solares.
Tome eyecciones de masa coronal (CME). Estos eventos ocurren cuando el sol dispara enormes cantidades de masa. A menudo coinciden con erupciones solares particularmente grandes, pero no comprendemos completamente la relación entre las dos. Una CME puede empujar electrones, protones y núcleos pesados del sol a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Electrones impulsado por la energía debido al intenso calor del sol, viajar a lo largo de las líneas del campo magnético. Si el CME mira hacia la Tierra, esos electrones pueden golpearnos en una onda de choque mucho antes de que el bucle generado por la CME nos golpee.
Los científicos quieren aprender más sobre las CME y por qué ocurren. Necesitamos más estudios para determinar exactamente dónde y cómo se forman en el sol. También es importante aprender por qué las partículas de diferentes tipos de eventos CME viajan a diferentes velocidades. Solo conociendo estos detalles podemos crear un sistema de alerta eficaz.
No todas las CME dan como resultado una tormenta geomagnética aquí en la Tierra. Eso significa que debemos aprender qué factores influyen en los tipos que nos afectan para poder diferenciar entre un evento inofensivo y uno que podría causar dolores de cabeza aquí en casa.
Otra área de estudio científico es el comportamiento de la magnetosfera terrestre. Es difícil crear experimentos que nos brinden datos significativos; la mayor parte de nuestro conocimiento proviene de la observación directa. Como resultado, hay mucho que no entendemos sobre el campo magnético de la Tierra, particularmente cuando está influenciado por el clima espacial.
Eso es solo la punta del iceberg en lo que respecta a los estudios científicos. Pero los científicos que trabajan en SPACECAST esperan investigar estos misterios y diseñar sistemas capaces de proporcionarnos información útil en caso de un clima espacial potencialmente peligroso. Sin este conocimiento todo lo que podemos esperar son conjeturas semi-educadas.
Un sistema de alerta espacial es vital para proteger a los astronautas en órbita. Este es el astronauta Ed Gibson en Skylab-4. Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA Para que SPACECAST funcione, Europa debe invertir en sensores tanto en el espacio como en tierra. Hay varios sistemas de sensores independientes ubicados en países de Europa. Pero estos sistemas dependen de fuentes de financiación independientes para mantenerse activos. Si el sistema de un país se desconecta por falta de fondos, Europa perdería una parte importante de lo que podría ser un sistema de alerta completo.
Por esta razón, científicos como Richard Horne han recomendado un proyecto como SPACECAST para unir estos esfuerzos. Un enfoque unificado no solo significará una mejor comunicación y recopilación de datos, pero también seguridad ante recortes financieros. Gran parte del atractivo de SPACECAST se debe a su potencial impacto financiero. Para hacer viable SPACECAST, los científicos tuvieron que convencer a los políticos de que el propio sistema de alerta de Europa podría ahorrarles a los países miles de millones de dólares en pérdidas.
En el pasado, Europa se basó en programas como la NASA para advertir sobre tormentas solares y actividad geomagnética. Pero esos sistemas no se centran en Europa. Los científicos responsables de SPACECAST argumentaron que un proyecto europeo proporcionará una mejor protección que un programa general. Al mismo tiempo, Los científicos de SPACECAST trabajarán con la NASA para compartir información y desarrollar conocimientos.
Hay varias industrias que podrían beneficiarse de un sistema de alerta además de las compañías eléctricas y las organizaciones que operan satélites. Las empresas que perforan en busca de gas y petróleo utilizan lecturas magnéticas para guiar los instrumentos. Una tormenta geomagnética podría introducir errores de instrumentación, lo que podría llevar a errores que cuestan miles de millones de dólares. Y la industria de las aerolíneas podría reprogramar los vuelos en función de la actividad solar, en elevaciones más altas, La atmósfera de la Tierra proporciona menos protección contra la radiación solar dañina.
SPACECAST será un proyecto evolutivo. Antes de que los científicos puedan implementar un sistema de alerta completo, Tendrán que estudiar los efectos de los cinturones de radiación y las actividades solares en los satélites. Tendrán que basarse en nuestra comprensión de la actividad del sol y cuándo podríamos esperar sentir los efectos de una tormenta solar. Pero es un paso para garantizar que la actividad solar no afecte negativamente la vida de los europeos.
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