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El estado del tiempo en el espacio se convierte en un problema internacional

Representantes de más de 25 de las naciones más avanzadas tecnológicamente se han reunido hoy en Alemania para escuchar sobre un problema que puede ser demasiado grande como para que lo maneje un solo país: las tormentas solares.

NASA

Julio 16, 2010: En algunas ocasiones, un problema es tan grande que un país solo no puede manejarlo.

Este es el mensaje que los científicos están comunicando hoy en la reunión del Programa Internacional Viviendo con una Estrella (International Living With a Star o ILWS, en idioma inglés), en Bremen, Alemania, y representantes de más de 25 de las naciones más avanzadas tecnológicamente se han reunido para escuchar lo que tienen que decir.

"El problema son las tormentas solares —determinar cómo predecirlas y qué hacer para protegernos de sus efectos", dice Lika Guhathakurta, quien es la presidente del ILWS, en las oficinas centrales de la NASA. "Necesitamos avanzar en este tema antes de que llegue el siguiente máximo solar, alrededor del año 2013".

ILWS (splash)
Arriba: Haga clic en la imagen para visitar la página principal de International Living with a Star (ILWS), en idioma inglés.

El Sol y la Tierra están separados por alrededor de 150 millones de kilómetros (93 millones de millas) —una distancia que podría parecer segura. Pero desde el inicio de la Era Espacial, y especialmente en años recientes, cada vez se entiende más que una distancia de 150 millones de kilómetros no es en realidad tan lejos. Las naves espaciales y los observatorios terrestres han mostrado que la Tierra se encuentra localizada en la atmósfera externa del Sol, abofeteada por vientos solares y golpeada por pedriscas de partículas energéticas. Además, los dos cuerpos están, de hecho, conectados por hilos invisibles de magnetismo. Durante los "eventos de reconexión", que ocurren normalmente varias veces al día, es posible rastrear líneas de fuerza invisibles desde los polos de la Tierra hasta la superficie del Sol.

"La Tierra y el Sol están interconectados. Ya no es posible estudiarlos por separado", dice Guhathakurta.

Hace algunos años, los científicos acuñaron el término "heliofísica" para describir el campo científico emergente que estudia el sistema Sol–Tierra. Como señal de reconocimiento de la importancia del tema, la NASA ha creado la División de Heliofísica, en sus oficinas centrales ubicadas en Washington DC, y las Nacionas Unidas declararon al año 2007 como el "Año Internacional de la Heliofísica" (IHY, por su sigla en idioma inglés), con la esperanza de impulsar la participación mundial en este nuevo campo.

Derecha: Concepto artístico del campo magnético de la Tierra conectándose con el Sol. [Más información]

Predecir la actividad solar es un problema complicado, en muchas formas parecido a la predicción del estado del tiempo en la Tierra, pero multiplicado en dificultad por la complicada física del plasma y el magnetismo del Sol. Sin embargo, realizar predicciones sobre el Sol es sólo la mitad del problema; la otra mitad es la Tierra. La manera en la cual el campo magnético y la atmósfera de nuestro planeta responden a una tormenta solar es un rompecabezas magnetohidrodinámico que los científicos más importantes luchan por entender, empleando incluso la ayuda de las supercomputadoras más poderosas de la Tierra. Por estas razones, se dice comúnmente que la predicción del estado del tiempo en el espacio está atrasada 50 años respecto de su contraparte terrestre.

"Necesitamos más datos; y más ideas", dice Guhathakurta.

Es por ello que, esta semana, ella entregará la presidencia del ILWS al Dr. Ji Wu, de la Academia China de Ciencias. Además de liderar el ILWS, Wu pasará los siguientes dos años sacando provecho de los talentos especiales en el campo de la heliofísica con los cuales cuenta el país más poblado del mundo.

"Tenemos una multitud de científicos y muchas ideas nuevas", dice Wu. "China podrá hacer contribuciones importantes a esta área".

Otra complicación es la gran extensión en volumen. La heliofísica estudia un ambiente que se extiende cientos de millones de kilómetros. Tan solo estar al tanto de todo lo que ocurre es un desafío significativo. La NASA y otras agencias espaciales tienen docenas de naves espaciales dedicadas a esta tarea, pero el volumen en el que están dispersas es enorme.

"Imaginemos intentar monitorizar los océanos de la Tierra con una pequeña cantidad de boyas. Perderíamos mucho. Esa es la situación en la que nos encontramos con el 'océano del espacio'", dice Guhathakurta.

China está a punto de contribuir con una "boya espacial" llamada "KuaFu", cuyo nombre proviene de un gigante de la mitología china que quería capturar al Sol. KuaFu estará localizada en el punto Lagrangiano L1 donde tomará muestras del viento solar que se desplaza corriente arriba respecto de la Tierra.

Derecha: Un informe del año 2008, llevado a cabo por la Academia Nacional de Ciencias, describe las posibles consecuencias de las tormentas solares. [Más información]

"Estamos colocando a KuaFu en un punto estratégico en el espacio", dice Wu. "El viento solar en L1 es un importante dato de entrada para muchos modelos científicos de la interacción Sol–Tierra".

Cuando KuaFu sea lanzada se unirá a una creciente flota internacional de naves espaciales dedicadas a la heliofísica. La NASA, la Agencia Espacial Europea, la Agencia Espacial de la Federación Rusa, la Agencia Espacial Canadiense, la Agencia Espacial Japonesa (JAXA, por su sigla en idioma inglés) y China están todas haciendo contribuciones importantes.

Y justo a tiempo...

Si las predicciones son correctas, el ciclo solar llegará a su máximo en los años cercanos a 2013. Y aunque probablemente no sea el máximo más grande del que se tenga registro, la sociedad humana nunca ha sido más vulnerable. Los elementos básicos de la vida diaria —desde las comunicaciones hasta la predicción del estado del tiempo y los servicios financieros— dependen de los satélites y de la electrónica de alta tecnología. Un informe del año 2008, llevado a cabo por la Academia Nacional de Ciencias, advirtió que una tormenta solar como las que ocurren una vez al siglo podría causar miles de millones de dólares en daños económicos.

Prepararse para un "Katrina solar", impulsar una nueva ciencia, aprovechar el talento de los científicos de todo el mundo: "Estas son sólo algunas de las metas para la reunión de esta semana", dice Guhathakurta.

¿Ambicioso? Sí, pero en heliofísica pensar en grande es algo natural.

Severo clima espacial

Un nuevo estudio financiado por la NASA detalla lo que podría sucederle a nuestra moderna sociedad si se produjera una "super llamarada solar" seguida de una severa tormenta geomagnética. Algunas de las conclusiones del estudio podrían sorprenderlo.

NASA

Enero 21, 2009: ¿Usted sabía que una llamarada solar puede ocasionar que su baño deje de funcionar?

see caption Esa es la sorprendente conclusión a la que se arribó en un estudio financiado por la NASA, y llevado a cabo por la Academia Nacional de Ciencias, denominado Eventos del Clima Espacial Severo —Entendiendo los Impactos Sociales y Económicos. En el informe, que consta de 132 páginas, expertos en el tema detallaron lo que le podría suceder a nuestra sociedad, moderna y con alta tecnología, en el caso de que se produjera una "super llamarada solar" seguida por una tormenta geomagnética extrema. Ellos descubrieron que prácticamente nada es inmune al clima espacial —ni siquiera el agua de su baño.

Derecha: Auroras sobre Blair, Nebraska, durante una tormenta geomagnética que tuvo lugar en mayo de 2005. Crédito de la fotografía: Mike Hollingshead/Spaceweather.com.

El problema comienza con la red de electricidad. "La electricidad es la tecnología que representa la piedra angular de la sociedad moderna, de la cual dependen, prácticamente, todas las demás infraestructuras y servicios", destaca el informe. Sin embargo, es particularmente vulnerable al mal tiempo en el espacio. Las corrientes en tierra, inducidas durante las tormentas geomagnéticas, pueden derretir las bobinas de cobre de los transformadores, justo en el corazón de muchos sistemas de distribución de corriente eléctrica. Las líneas de electricidad diseminadas actúan como si fueran antenas, recogiendo las corrientes y esparciendo el problema sobre una vasta área. El apagón más famoso producido por una tormenta geomagnética tuvo lugar durante una tormenta espacial, en marzo de 1989, cuando seis millones de personas en Quebec quedaron sin electricidad por 9 horas: imagen.

Según el informe, las redes de electricidad podrían estar más vulnerables que nunca. El problema es la interconexión. En los últimos años, las empresas de servicios públicos han unido las redes para poder transmitir electricidad a bajo costo y a largas distancias, en áreas de demanda repentina. En un día caluroso en California, por ejemplo, los aparatos de aire acondicionado de los habitantes de Los Ángeles podrían estar funcionando con electricidad enviada desde Oregón. Esto tiene sentido desde el punto de vista económico —pero no necesariamente desde el punto de vista geomagnético. La interconexión hace que el sistema se torne susceptible de experimentar una "cascada de fallas" de largo alcance.

Para estimar la escala de dicha falla, el co-autor del informe, John Kappenmann, de la compañía Metatech, estudió la gran tormenta geomagnética que tuvo lugar en mayo de 1921 y que produjo corrientes en tierra con una potencia 10 veces mayor que la de la tormenta de Quebec, en 1989; asimismo, realizó una representación de su efecto sobre la red de electricidad moderna. Kappenmann descubrió que habría más de 350 transformadores con riesgo de daño permanente y 130 millones de personas sin electricidad. La pérdida de electricidad se extendería a lo largo de la infraestructura social, "la distribución de agua se vería afectada durante varias horas; habría pérdida de alimentos y de medicamentos perecederos en 12-24 horas y también pérdida de acondicionadores de aire y aparatos de calefacción, además de problemas en los drenajes, en el servicio telefónico, en el suministro de combustible, etc.".

"El concepto de interdependencia", destaca el informe, "es evidente en la no disponibilidad de agua producida por un prolongado apagón —y en la incapacidad para reanudar el funcionamiento de un generador eléctrico sin agua en el lugar".

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Arriba: ¿Qué sucedería si una super tormenta, como la que tuvo lugar en mayo de 1921, ocurriera hoy? En el mapa, se observan los transformadores vulnerables en Estados Unidos. Las áreas de posible colapso del sistema están encerradas con un círculo. También se encuentra disponible un mapa que detalla, estado por estado, la vulnerabilidad de los transformadores: haga clic aquí. Crédito: Academia Nacional de Ciencias.

La tormenta geomagnética más fuerte que se ha registrado es la del Evento Carrington, en agosto-septiembre de 1859. Se la nombró de esa manera en honor al astrónomo británico Richard Carrington, quien fue testigo de la incitante llamarada solar mientras proyectaba una imagen del Sol sobre una pantalla blanca. La actividad geomagnética provocada por la explosión electrificó los cables telegráficos, electrocutando a los técnicos e incendiando el papel de los telégrafos; las auroras boreales se extendieron hasta regiones en el sur tan lejanas como Cuba y Hawai; las auroras sobre las Montañas Rocosas fueron tan brillantes que su resplandor despertó a los acampantes, quienes comenzaron a preparar el desayuno porque pensaron que ya era la mañana. Las mejores estimaciones calculan que el Evento Carrington fue hasta un 50% más poderoso que la super tormenta que se produjo en mayo de 1921.

"Una repetición del Evento Carrington en nuestros días causaría... grandes trastornos sociales y económicos", advierte el informe. Los apagones estarían acompañados de interrupciones en la transmisión de radio y de fallas en el funcionamiento de los satétiles; asimismo, las telecomunicaciones, la navegación por medio del GPS (Global Positioning System o Sistema de Posicionamiento Global, en idioma español), los sistemas bancarios y financieros y todo el transporte se verían afectados. Algunos problemas se corregirían solos a medida que la tormenta disminuye: las transmisiones de radio y las efectuadas por medio del GPS podrían volver a la normalidad relativamente rápido. Pero otros problemas perdurarían: por ejemplo, podría tomar semanas o meses reparar un gran transformador absolutamente calcinado. El impacto económico total podría llegar a ser de 2 billones de dólares solamente durante el primer año, lo que representa 20 veces el costo de los daños causados por el huracán Katrina o, para ejemplificarlo en términos de tiempo, unos cuantos TARPs (Troubled Assets Relief Program - Programa de Alivio de Activos con Problemas).

Arriba: Una red de interdependencia hace que la economía moderna sea especialmente sensible a las tormentas solares. Fuente: Departamento de Seguridad Nacional [Imagen ampliada]

¿Cuál es la solución? El informe finaliza con un llamado a construir una infraestructura diseñada para soportar mejor las alteraciones geomagnéticas, a mejorar los códigos y frecuencias del GPS y a realizar avances en el pronóstico del tiempo en el espacio. Resulta crucial contar con un pronóstico confiable. Si las compañías de servicios públicos y los operadores de satélite saben que se aproxima una tormenta, pueden tomar las medidas necesarias para reducir los daños —por ejemplo, pueden desconectar cables, proteger los circuitos electrónicos vulnerables, apagar los aparatos importantes. Es mejor estar unas cuantas horas sin electricidad que unas cuantas semanas.

La NASA ha desplegado una flota de naves espaciales con el propósito de estudiar el Sol y sus erupciones. El Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO, por su sigla en idioma inglés), las sondas gemelas STEREO, ACE, Wind y otras naves se encuentran en funcionamiento las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Los físicos de la NASA usan los datos enviados por estas misiones para comprender la física que yace detrás de las llamaradas y de las tormentas geomagnéticas; el personal del Centro de Pronósticos del Clima Espacial de la NOAA, a su vez, emplea estos descubrimientos para refinar sus pronósticos.

Por el momento, nadie sabe cuándo se producirá la siguiente super tormenta solar. Podría ser dentro de 100 años o solamente dentro de 100 días. Eso es algo para pensar la próxima vez que haga correr el agua del baño.

Autor: Dr. Tony Phillips

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