Un grupo de investigación de Graz investigó cómo se pueden simular las tormentas solares para permitir una predicción más precisa de sus efectos en la Tierra. Su trabajo ha proporcionado un modelo más preciso para simular tormentas solares en tiempo real.

El sol es una estrella extremadamente activa que tiene un impacto en los planetas del sistema solar de muchas formas diferentes. Uno de los efectos más visibles es la aurora boreal. Estas auroras boreales son causadas por el viento solar, es decir, un flujo constante de protones y electrones emitidos por el sol, que interactúa con el campo magnético de la Tierra y provoca los efectos de luz de colores. Bajo circunstancias normales, El campo magnético de la Tierra protege en gran medida al planeta del viento solar, pero a veces, enormes llamaradas estallan en el sol, arrojar una gran cantidad de material caliente al espacio en un tiempo relativamente corto. Este material golpea la Tierra unos días después como una tormenta solar, que pueden dañar los satélites, interrumpir la navegación GPS o incluso provocar cortes de energía. Qué, exactamente, está involucrado en estos eventos es todavía en gran parte desconocido, razón por la cual varias sondas espaciales llevan instrumentos a bordo para registrar las tormentas solares del espacio exterior.

Un grupo de investigación dirigido por el astrofísico Christian Möstl del Instituto de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Austria con sede en Graz está trabajando en una serie de proyectos financiados por el Fondo de Ciencias de Austria FWF para modelar tormentas solares y sus efectos en la Tierra en tiempo real. permitiendo así predecir tales eventos extremos con mayor precisión. En un proyecto terminado en 2019, un equipo dirigido por Möstl desarrolló un modelo particularmente detallado para la propagación de tormentas solares.

Forma elíptica

"El objetivo es inequívoco:queremos predecir tormentas solares, ", dice Christian Möstl." Hay varias sondas espaciales que pueden rastrear tormentas solares a cierta distancia de la Tierra. En la década de 1990, la sonda SOHO fue la primera en realizar tales grabaciones, hoy también existe la Parker Solar Probe y otras dos sondas que se llaman STEREO ". Todas estas sondas se mueven dentro o cerca de la eclíptica, el plano en el que los planetas orbitan alrededor del Sol. Cómo se ven las tormentas desde fuera de este plano no se puede determinar con las sondas actuales. Los modelos deben funcionar sobre la base de suposiciones que sean lo más realistas posible. "Los modelos más antiguos asumían una estructura circular o en forma de punto, pero eso es poco realista "señala Möstl." En un proyecto anterior, reemplazamos los círculos con arcos circulares. En el proyecto reciente, hemos dado el siguiente paso y hemos utilizado una forma elíptica ".

Para aumentar aún más la precisión, El equipo de Möstl agregó varios efectos al modelo. El viento solar suele tener una velocidad más baja que las tormentas solares y las ralentiza. "Las tormentas solares reaccionan fuertemente al viento solar, "Möstl explica." Nuestro nuevo modelo es el primero en combinar las observaciones de gran angular de STEREO con el efecto de arrastre creado por el viento solar ".

Simulación en tiempo real

El modelo tiene la característica especial de poder producir pronósticos en tiempo real tan pronto como se disponga de datos adecuados. Dichos datos podrían ser proporcionados a mediados de la década de 2020 por una misión satelital programada de la ESA. como Tanja Amerstorfer, un miembro del equipo del proyecto, señala:"No se trata de reproducir los efectos retrospectivamente, sino de tener una herramienta que podamos usar en tiempo real ". Como regla general, las tormentas solares tardan cuatro o cinco días en llegar a la Tierra. "La velocidad récord es de 14 horas, ", dice Amerstorfer, tiempo suficiente para un sistema de alerta temprana. En la actualidad, sin embargo, ningún organismo oficial para predecir cuándo azotarán la Tierra las tormentas solares. "Hay un sitio web donde grupos de investigación como nosotros pueden apostar sobre la hora de llegada, "dice Möstl. En 2011 participaron y ganaron, pero deja muy claro que éste no es un sistema de alerta serio.

Como consecuencia, todavía falta un sistema de alerta temprana que funcione. "Ha habido varias tormentas solares en la historia que causarían grandes daños en la actualidad, ", dice Amerstorfer. El último gran evento de este tipo fue en 1989 en Quebec, donde involucró cortes de energía. En 1859 y 1921, tormentas solares aún más grandes azotaron la tierra. En ese tiempo, las luces polares eran incluso visibles en latitudes medias, por ejemplo en Roma. Las líneas de telégrafo resultaron dañadas por ese evento. En la infraestructura actual, tales eventos tendrían efectos devastadores. "Estados Unidos y Gran Bretaña han incluido este escenario en sus planes nacionales para desastres, "informa Amerstorfer. En 2012, una tormenta solar del orden de magnitud del evento de 1859 apenas pasó por alto la Tierra, de paso.

El campo magnético como problema

Möstl y Amerstorfer destacan que aún queda mucho por hacer antes de que se pueda establecer un sistema de alerta fiable. El error en la estimación de la hora de llegada es, en el mejor de los casos, de unas diez horas. Según Möstl, el mayor problema sin resolver es el campo magnético de las tormentas solares. "Sabemos que estos campos toman la forma de grandes los denominados "tubos de flujo" curvados. Pero solo podemos formular hipótesis sobre cómo se configura exactamente el campo en estos tubos. Será importante conocer la naturaleza del campo magnético en una tormenta solar ".

Según Möstl, esto es tan importante como el tamaño de la tormenta:"La dirección del campo magnético funciona como un interruptor. Si el campo magnético de la tormenta tiene la orientación opuesta a la de la Tierra, transferirá mucha más energía al campo magnético de la Tierra que si tuviera la misma orientación ". La velocidad también juega un papel importante:un corto, tormenta rápida tiene un efecto más fuerte que una más lenta, uno más largo. Es más, las tormentas solares a menudo no ocurren como un solo evento, pero pueden seguirse de inmediato e interactuar entre sí.

Simula toda la cadena de efectos.

En proyectos FWF posteriores, el grupo de investigación de Graz está trabajando ahora en diferentes aspectos del problema para construir una cadena completa de simulaciones. "Queremos combinar todo en un modelo, desde la erupción de la tormenta solar hasta los efectos en la Tierra, las auroras y corrientes en el suelo. Ese es el objetivo "dice Möstl.