El Sol

El Sol es una estrella promedio, similar a millones de otras en el Universo. Es una máquina de energía prodigiosa, que produce alrededor de 3.8 x 1023 kiloWatts (o kiloJoules/seg). En otras palabras, si pudiéramos acumular el total de energía que el Sol produce en un segundo, alcanzaría para proveer suficiente energía a los Estados Unidos, según el uso actual, para los próximos 9 millones de años. La fuente básica de energía del Sol es la fusión nuclear, que utiliza las altas temperaturas y las grandes densidades en su núcleo para fusionar el hidrógeno, produciendo energía y creando helio como un sub-producto. El núcleo es tan denso y el tamaño del Sol es tan grande que la energía que sale del centro del Sol tarda unos 50 millones de años para llegar a la superficie, pasando por un proceso de absorción y re-emisión en el camino. Si el Sol dejara de producir energía hoy, ¡tomaría 50 millones de años para que se sintiera algún efecto significativo en la Tierra!

El Sol ha estado produciendo energía radiante y térmica por los pasados cuatroscientos o quinientos millones de años. Tiene suficiente hidrógeno para continuar produciendo por otro billón de años. Sin embargo, en diez o veinte mil millones de años la superficie del Sol empezará a expandirse, cubriendo los planetas terrestres (incluyendo la Tierra). En ese momento, el Sol será una estrella roja gigante. Si el Sol tuviera una mayor masa, colapsaría y se prendería nuevamente como una estrella de combustión de helio. Sin embargo, debido a su tamaño promedio, se espera que el Sol se contraiga y se convierta en una estrella relativamente pequeña y fría conocida como una enana blanca.

Algunos Efectos Solares en la Tierra

Comunicaciones

Muchos sistemas de comunicaciones utilizan la ionosfera para reflejar señales de radio a grandes distancias. Las tormentas ionosféricas pueden afectar comunicaciones de radio de alta frecuencia (HF, por sus siglas en inglés) en todas las latitudes. Algunas frecuencias de radio son absorbidas y otras son reflejadas, lo que produce señales que fluctúan rápidamente y siguen rutas de propagación inesperadas. Las estaciones comerciales de televisión y radio son poco afectadas por la actividad solar, pero las comunicaciones aero-terrestres, barco-puerto, emisoras de onda corta y radioaficionados son afectados frecuentemente. Los operadores de radio que utilizan frecuencias altas confían en las alertas de actividad solar y geomagnética para poder mantener los circuitos de comunicación funcionando.

Algunos sistemas militares de detección o sistemas de aviso temprano también se ven afectados por la actividad solar. Las señales de Radar-Sobre-el-Horizonte se reflejan en la ionosfera para facilitar el rastreo del despegue de naves y mísiles desde grandes distancias. Durante las tormentas geomagnéticas, este sistema podría ser seriamente afectado por desórdenes radiales. Algunos sistemas de detección de submarinos utilizan las "firmas" magnéticas de los submarinos como una de las entradas de sus esquemas de localización. Las tormentas geomagnéticas pueden distorsionar estas señales.

La Administración Federal de Aviación recibe rutinariamente alertas de explosiones solares para que puedan reconocer los problemas de comunicaciones y evitar gastos de mantenimiento innecesarios. Cuando un avión y una estación terrestre están alineados con el Sol, puede existir interferencia en las frecuencias de los sistemas de radios. Esto también puede ocurrir cuando una estación terrestre, un satélite y el Sol están alineados.

Las tormentas de radiación, también conocidas como eventos de partículas solares o eventos de protones, pueden afectar las regiones bajas de la ionosfera polar. Esta región puede ser ionizada y ocurrir una severa absorción de señales HF y VHF. Esto es llamado un evento de Absorción en el Casquete Polar (PCA, por sus siglas en inglés). Los eventos PCA pueden durar varios días o semanas, y la propagación HF polar se hace frecuentemente imposible durante estos eventos.

Sistemas de Navegación

Los sistemas de navegación como LORAN y OMEGA son afectados cuando la actividad solar afecta la propagación de sus señales. El sistema OMEGA consiste de ocho transmisores localizados a través del mundo. Los aviones y los barcos utilizan señales de frecuencias muy bajas de estos transmisores para determinar sus posiciones. Durante eventos solares y tormentas geomagnéticas, el sistema puede dar a los navegantes información incorrecta, algunas veces errando por algunos kilómetros. Los navegantes pudieran cambiarse a un sistema alterno si son alertados de que está ocurriendo un evento de protones o una tormenta geomagnética. Las señales de los sistemas de posicionamiento global (GPS, por sus siglas en inglés) son afectadas cuando la actividad solar provoca variaciones repentinas en la densidad ionosférica. Los GPS son utilizados para aplicaciones aún más precisas, incluyendo el mapeo de líneas costeras, estudios geodésicos para la construcción de autopistas, para aterrizar naves aéreas y para perforación de pozos de petróleos.

Satélites

Las tormentas geomagnéticas y el aumento en la emisión solar ultravioleta calientan la atmósfera alta de la Tierra provocando su expansión. El aire caliente sube y la densidad del aire en la órbita de satélites que se encuentran hasta unos 1000 Km se incrementa considerablemente. Esto provoca un incremento de la fricción de los satélites en el espacio, resultando en una reducción de su velocidad y en ligeros cambios de órbita. Si los satélites en órbitas bajas no son rutinariamente elevados, caerían y se quemarían en la atmósfera de la Tierra. El "Skylab" es un ejemplo de una nave que re-entró a la atmósfera de la Tierra antes de tiempo como resultado de una actividad solar mayor a lo esperado. Durante la gran tormenta geomagnética de Marzo de 1989, cuatro satélites de navegación de la Marina tuvieron que ser puestos fuera de servicio por casi una semana.

A medida que la tecnología ha permitido que los componentes de las naves sean más pequeños, sus sistemas miniaturizados son más vulnerables a las partículas solares más energéticas. Estas partículas pueden provocar daños físicos a los microchips y pueden cambiar los comandos de los programas en las computadoras de los satélites. Eventualmente, las descargas eléctricas pueden saltar entre componentes de la nave dañándolos e incluso deshabilitándolos.

La carga gruesa o profunda en los satélites ocurre cuando partículas energéticas, principalmente electrones, penetra la cubierta exterior del satélite y deposita su carga eléctrica en las partes internas. Si se acumula carga suficiente en cualquier componente, este tratará de neutralizarse a través de descarga a otros componentes. Esta descarga es potencialmente peligrosa para los sistemas eléctricos del satélite.

Cargas Diferenciales

Otro problema para los operadores de satélites son las cargas diferenciales. Durante las tormentas geomagnéticas, aumenta el número y la energía de los electrones e iones. Cuando un satélite viaja a través de este ambiente energizado, las partículas cargadas que chocan contra la nave provocan que diferentes partes de ésta tengan cargas eléctricas diferentes. Eventualmente, las descargas eléctricas pueden llegar a los componentes de la nave y causar daño o invalidarlos. Carga Gruesa. La carga gruesal (también llamada carga profunda) ocurre cuando las partículas energéticas, primordialmente electrones, penetran en la cubierta externa de un satélite y depositan su carga en sus componentes del interior. Si se acumula suficiente carga en uno de sus componentes, puede tratar de neutralizarse descargando los demás componentes. Esta descarga es muy peligrosa para los sistemas electrónicos de los satélites.

Peligros de Radiación para los Humanos

Los destellos solares intensos dejan escapar partículas altamente cargadas que pueden ser tan peligrosas para los humanos como las explosiones nucleares de radiación de baja energía. La atmósfera y la magnetosfera de la Tierra nos proveen la protección adecuada en la superficie de la Tierra, pero los astronautas en el espacio están expuestos a dosis letales de radiación. La penetración de partículas de alta energía en células vivientes, medidas en dosis de radiación, causan daños a los cromosomas y, potencialmente, cáncer. Grandes dosis serían fatales inmediatamente. Los protones solares con energías más altas que 30 MeV son los más peligrosos. En octubre de 1989, el Sol produjo suficientes partículas energéticas para que un astronauta en la Luna, utilizando su traje espacial fuera de su nave durante la parte más mala de la tormenta, hubiese muerto. (Los astronautas que hubiesen tenido tiempo de refugiarse bajo el suelo lunar hubiesen absorbido solo una pequeña parte de la radiación.)

Los eventos solares de protones también pueden producir altas concentraciones de radiación en un avión volando a grandes alturas. Aún cuando estos riesgos son mínimos, la vigilancia constante de eventos solares a través de instrumentos en los satélites, permite que se vigile, y se evalúe, estas exposiciones ocasionales.

Energía Eléctrica

Cuando campos magnéticos se mueven cerca de un conductor, por ejemplo un cable, se induce una corriente eléctrica en el conductor. Esto ocurre a gran escala durante tormentas geomagnéticas. Las compañías de energía eléctrica transmiten corriente alterna a sus clientes a través de largas líneas de transmisión. Durante estas tormentas se inducen corrientes casi directas, peligrosas para los equipos de transmisión. El 13 de marzo de 1989, en Montreal, Quebec, 6 millones de abonados quedaron sin luz por 9 horas a consecuencia de una tormenta geomagnética inmensa. Algunas áreas del noreste de los Estados Unidos y de Suecia también pasaron por lo mismo. Al recibir alertas y avisos de tormentas geomagnéticas, las compañías de energía eléctrica pueden minimizar los daños y las interrupciones del servicio eléctrico.

Tendidos de Tuberías

Los campos magnéticos que fluctúan con rapidez pueden inducir corrientes eléctricas en los tendidos de tuberías. En momentos así pueden surgir muchos problemas para los ingenieros. Los medidores de flujo pueden transmitir información errónea, y se eleva dramáticamente la tasa de corrosión de los tubos. Si los ingenieros trataran de balancear estas corrientes durante una tormenta geomagnética, las tasas de corrosión aumentarían aún más. Los administradores de estos ductos reciben rutinariamente alertas y avisos que los ayudan a mantener un sistema eficiente y de larga vida.

Clima

El Sol es la fuente de calor que fuerza la circulación de nuestra atmósfera. Aunque se ha asumido durante mucho tiempo que es una fuente constante de energía, las mediciones recientes de esta constante solar han demostrado que la emisión base del Sol puede disminuir temporalmente hasta medio punto porcentual. Los científicos atmosféricos opinan que esta variación es importante y puede llegar a modificar el clima. Se ha observado en los datos de los anillos de árboles que el crecimiento de las plantas varía durante los ciclos de 11 años de las manchas y los ciclos magnéticos de 22 años del Sol.

Aunque el ciclo solar se ha mantenido regular durante los últimos 300 años, hubo un periodo de 70 años durante los siglos 17 y 18 cuando se vieron muy pocas manchas solares. Esta disminución en el número de manchas solares coincidió con la Mini Era Glacial en Europa, implicando una conexión clima-Sol. Los vientos estratosféricos cerca del ecuador soplan en direcciones diferentes, dependiendo de que parte del ciclo solar se esté. Hay estudios en desarrollo que determinarán cómo los efectos de esta inversión del viento afectan los patrones de circulación global y clima. Durante los eventos de protones, más partículas energéticas alcanzan la atmósfera media de la Tierra. Allí, éstas causan ionización molecular, creando químicos que destruyen el ozono atmosférico y permiten que cantidades mayores de la dañina radiación ultravioleta alcancen la superficie de la Tierra. Un evento solar de protones en 1982 causó una disminución temporal del 70% en la densidad del ozono.

Fuente: NOAA Space Weather Prediction Center - http://www.swpc.noaa.gov.

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