En relación con violentas erupciones solares, se producen grandes variaciones en la densidad de electrones en la ionosfera sobre Groenlandia, que interfiere con las señales de navegación GPH, así como con las comunicaciones por satélite y de vuelo. La figura (derecha) muestra una gran densidad de electrones en rojo y una pequeña densidad en azul. Este fenómeno da lugar a altas velocidades de electrones en la ionosfera, excediendo 1, 000 metros por segundo (izquierda) y provocando violentas explosiones de energía. Por primera vez, Los investigadores de DTU han demostrado el fenómeno que aún no se puede explicar. Crédito:Espacio DTU
Las erupciones en la superficie del Sol envían nubes de partículas cargadas eléctricamente hacia la Tierra, produciendo tormentas solares que, entre otras cosas, pueden desencadenar la hermosa aurora boreal sobre las regiones árticas.
Pero las tormentas también pueden tener un fuerte impacto en la eficiencia de los sistemas de comunicación y navegación en latitudes altas. Por tanto, es importante estudiar los fenómenos.
Nueva investigación de DTU Space y la Universidad de New Brunswick (Prof. Richard Langley), El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (Dr. Attila Komjathy) y la Universidad de Illinois (Dr. Mark D. Butala) muestran que, aparentemente, Hay un mecanismo sorprendente y desconocido en juego durante las tormentas solares. Durante las tormentas solares, grandes ráfagas de electrones generalmente se envían a la parte de la atmósfera de la Tierra llamada ionosfera, que comienza a unos 80 kilómetros sobre la Tierra.
Este fenómeno ocurre especialmente en latitudes altas. Sucede porque el campo magnético creado por la erupción del Sol interfiere con el campo magnético de la Tierra. Se abre, por así decirlo, para permitir que las partículas y los electrones, que de otro modo se reflejarían, penetren en la ionosfera.
Es un fenómeno conocido. Pero resulta que los electrones al mismo tiempo desaparecen de grandes áreas, que no se ha demostrado anteriormente.
"Hicimos amplias mediciones en relación con una tormenta solar específica sobre el Ártico en 2014, y aquí encontramos que los electrones en grandes cantidades se limpian virtualmente al vacío de áreas que se extienden por encima de 500 a 1, 000 kilómetros. Tiene lugar justo al sur de un área con fuertes aumentos en la densidad de electrones, conocidos como parches, "dice el profesor Per Høeg de DTU Space.
Los resultados de la investigación fueron publicados recientemente en la portada de la reconocida revista científica. Ciencia de la radio . El descubrimiento es una pieza importante en el rompecabezas de la comprensión de las tormentas solares y su impacto en la ionosfera de la Tierra.
Las auroras boreales fueron fotografiadas desde la Estación Espacial Internacional, ISS. Crédito:ESA
Es un descubrimiento sorprendente que no habíamos anticipado. Podemos ver que pasa pero no sabemos por qué. Sin embargo, otros conjuntos de datos de Canadá apoyan indirectamente nuestras nuevas observaciones, "dice Per Høeg.
Cambios dramáticos en el campo magnético
La explicación del fenómeno probablemente debería encontrarse en los procesos geomagnéticos en el campo magnético de la Tierra en una dirección alejada del Sol. La composición del campo magnético sufre cambios dramáticos en el área entre el viento solar y el campo magnético de la Tierra. desencadenando una poderosa explosión de energía.
"El precursor del fenómeno es una erupción violenta en la superficie del Sol, también conocida como eyecciones de masa coronal o CME, donde burbujas de plasma caliente y gas en forma de partículas, electrones, y un campo magnético se lanza en la dirección de la Tierra, "dice Per Høeg.
Cuando la tormenta solar geomagnética tuvo lugar en la ionosfera sobre el Ártico en febrero de 2014, se midió a través de satélites y estaciones de medición terrestres. Entre otras cosas, a través de la red GPS GNET en Groenlandia, que DTU ayuda a ejecutar, a través de las estaciones de medición geomagnética de DTU, el sistema de navegación global GPS, y varios satélites estadounidenses y canadienses. Por lo tanto, Se registraron grandes volúmenes de datos de la tormenta solar.
La investigación se extiende mucho más allá del descubrimiento de que los electrones se extraen durante las tormentas solares. Tibor Durgonics, Estudiante de doctorado en DTU Space y autor principal del nuevo artículo en Ciencia de la radio :
"Hay dos aspectos de esta investigación. Ambos se pueden utilizar para varios propósitos prácticos, y luego hay una parte teórica que trata de lograr una mejor comprensión básica de estos fenómenos.
Las auroras boreales fueron fotografiadas desde la Estación Espacial Internacional, ISS. Crédito:ESA
"Nuestro trabajo puede contribuir a que la navegación sea más confiable durante las tormentas ionosféricas en la región ártica. Nuestra nueva investigación nos ha permitido identificar una serie de factores críticos que afectan la calidad de la navegación por satélite, y evaluar la probabilidad de que ocurran estos factores. A un nivel más teórico, hemos descubierto que durante las tormentas solares, los electrones se eliminan en la ionosfera, que es lo contrario de lo que cabría esperar intuitivamente ".
Cuando el campo magnético de las erupciones solares golpea el campo magnético de la Tierra en la ionosfera, sus campos de fuerza se mezclan. Como consecuencia, Las áreas inestables, los llamados parches, se crean en la ionosfera de la Tierra, extendiéndose sobre grandes áreas cercanas al Polo Norte. El área de parches en el casquete polar puede extenderse más de 500 a 1, 000 kilómetros con velocidades de electrones superiores a 1, 000 metros por segundo. Esto da lugar a una aurora boreal poderosa y crea condiciones turbulentas.
Interfiere con los sistemas de navegación y comunicación.
El conocimiento sobre las tormentas solares es importante, ya que la comunicación con señales aéreas a través de satélites y radio juega un papel cada vez más importante en la sociedad. Las tormentas solares pueden interferir con los satélites GPS y sus señales, hacer que la comunicación por radio falle, y causar grandes fallas de energía.
El riesgo de interrupciones en la ionosfera es una de las razones por las que no se realizan vuelos de rutina sobre el Ártico. aunque esto acortaría los viajes aéreos entre Europa y América. Las señales de alta frecuencia utilizadas por los vuelos comerciales sobre Groenlandia estarán sujetas a interferencias durante las tormentas solares. La capacidad de predecir y tener en cuenta este tipo de condiciones es, por tanto, importante para el futuro tráfico aéreo comercial en la región. Lo mismo se aplica al tráfico marítimo en el Ártico.
El profesor Per Høeg espera que el trabajo realizado en DTU Space, además de garantizar un mayor conocimiento sobre el fenómeno, contribuya al desarrollo de sistemas de comunicación y navegación que puedan tener en cuenta las condiciones durante las tormentas solares para garantizar vuelos seguros y navegación en los polos polares. áreas de la tapa.
DTU Space está participando actualmente en varios proyectos de investigación de la ESA y el programa Horizon 2020 de la UE que desarrollan sistemas que pueden manejar las condiciones durante el clima espacial y las condiciones de tormenta solar para la aviación y el tráfico marítimo. entre otras cosas.
