http://danielmarin.blogspot.com.es/2012/09/como-puede-una-tormenta-solar-destruir.html
El 1 de septiembre de 1859 el Sol le dio un disgusto a la Tierra. Ese
día, el astrónomo británico Richard Carrington estaba observando el
astro rey como venía haciendo desde el 28 de agosto, cuando nuestra
estrella comenzó a dar signos inusuales de actividad. Enormes manchas
solares y bruscos incrementos de luminosidad en algunas zonas -conocidos
como fulguraciones o flares- llamaron la atención de la por
entonces pequeña comunidad de observadores solares. A las 11:18 GMT,
Carrington observó una violenta fulguración en medio de un grupo de
manchas solares de gran tamaño que duró unos cinco minutos. Otros
astrónomos, como Richard Hodgson, también la vieron. Para no verla.
Porque, sin que Carrington lo pudiese saber, aquella fulguración había
liberado una energía de 1032 ergios. Hasta la fecha, la más energética jamás registrada.
Grupo de manchas solares dibujado por Richard Carrington donde tuvo lugar la fulguración que lleva su nombre (Wikipedia).
La violenta fulguración vertió un torrente de partículas altamente
energéticas justo en la dirección hacia nuestro planeta, lo que hoy
conocemos como eyección de masa coronal o CME (Coronal Mass Ejection). Y
no una CME cualquiera, sino una verdaderamente grande. Un
hipotético astronauta victoriano que hubiese tenido la mala suerte de
encontrarse en el espacio interplanetario en esos momentos habría
recibido una dosis letal de radiación y habría muerto pocas horas o
minutos más tarde. Apenas 17 horas después de producirse la CME, la
tormenta de partículas llegó a la Tierra. Por suerte, el campo magnético
terrestre se encargó de dirigir la mayor parte del flujo de partículas
letales hacia los polos. La atmósfera, nuestra última línea de defensa
espacial, absorbió el grueso de la radiación nociva. Pero los efectos de
la tormenta no pasaron desapercibidos. Aparecieron auroras por doquier,
incluso en zonas tan alejadas de los polos como Cuba o Santiago de
Chile. La luz de las auroras era tan intensa que se podía leer el
periódico de noche cerrada. Cuenta la leyenda que el resplandor era tan
llamativo que despertó a varios grupos de mineros que buscaban oro en
las Montañas Rocosas, los cuales comenzaron a preparar el desayuno
pensando que era la luz del amanecer.
Zonas en las que se vieron auroras (círculos negros y blancos) durante la tormenta geomagnética del 2 de septiembre de 1859 (fuente).
Menos benignos fueron los efectos de la tormenta geomagnética sobre las
líneas de telégrafos. Prácticamente la totalidad de las incipientes
redes de comunicaciones dejaron de funcionar y en ciertas zonas los
postes de telégrafo soltaron chispas y se incendiaron espontáneamente.
En algunos casos, las líneas siguieron funcionando a pesar de haber sido
desconectadas de su fuente de energía. Sin embargo, el Suceso Carrington,
como sería conocida esta tormenta solar, apenas causó daños materiales
en las infraestrcuturas de la época. ¿Qué pasaría si un suceso así
tuviese lugar en la actualidad?
Antes de responder a esta pregunta, conviene aclarar un par de conceptos. Hace poco pudimos ver una impresionante imagen en
luz ultravioleta del satélite SDO de la NASA en la que se aprecia una
enorme protuberancia activa que sería expulsada hacia el espacio
interplanetario durante una CME posterior. El tamaño de la protuberancia
comparada con la Tierra habla por sí solo:
Enorme filamento sobre una zona activa del Sol visto por el satélite SDO en ultravioleta el 31 de agosto de 2012 (NASA).
No obstante, esta imagen puede dar la falsa impresión de que estamos
viendo una gigantesca llamarada dirigida hacia nuestro planeta, cuando
no es el caso. Es decir, lo que se ve en la imagen no es una eyección de
masa coronal (que se produciría después), sino un 'vulgar' filamento o
protuberancia. Un filamento no es más que una enorme cantidad de plasma
-a menor temperatura que el plasma de la corona solar que lo rodea-
suspendido por campos magnéticos (se llama protuberancia cuando se ve en
el borde del disco solar). La parte interesante de la imagen es sin
embargo la zona más brillante y aparentemente anodina que se ve en la
fotografía tras el filamento. Esa zona es en realidad una de las
regiones activas del Sol donde abundan los grupos de manchas solares.
Dicho de otra forma, el peligro que representa una CME no es que una
enorme llama salga del Sol y 'queme' la Tierra, algo imposible, sino los
daños derivados de la radiación emitida durante la fulguración causante
de la eyección de masa coronal y por las partículas de la CME
propiamente dichas (que alcanzan velocidades de 1500 km/s). Podemos
apreciar mejor lo que significa una CME si vemos el vídeo
correspondiente a la imagen anterior (la imagen está acelerada):
¡Eso sí que es una CME! Una fulguración se produce cuando los campos
magnéticos del Sol se reconectan de forma violenta, liberando una enorme
cantidad de energía. A veces, como es este caso, da la casualidad de
que tenemos un filamento o protuberancia en la zona donde se genera la
CME, pero esto no ocurre siempre. Los campos magnéticos intensos inhiben
la convección en la fotosfera, la 'superficie' visible del Sol, de ahí
que en el espectro visible las zonas activas presenten un gran número de
manchas solares. Porque una mancha solar no es más que una región de la
fotosfera ligeramente más fría y oscura que el resto por culpa de la
acción de los campos magnéticos. Eso sí, si observamos esta misma región
en el ultravioleta o en rayos X, por ejemplo, veremos que es más
brillante que el resto del disco solar, un fenómeno que se aprecia
claramente en la imagen en ultravioleta del SDO.
En longitud de onda visible, la
región donde se produjo la fulguración del 31 de agosto no parece gran
cosa. Es el grupo de manchas en la parte inferior izquierda. Ni siquiera
es el grupo más llamativo (NASA).
En este magnetograma se aprecia
que la intensidad de los campos magnéticos en las zonas activas del 31
de agosto. Los dos colores representan zonas de distinta polaridad
magnética (NASA).
Pero en rayos X sí que se ve la actividad de la región el 31 de agosto (NASA).
Pero vayamos a lo importante, ¿puede destruir una fulguración nuestra
civilización? Los peligros que presenta una fulguración son de dos
tipos. Por un lado, tenemos la radiación en forma de luz ultravioleta,
rayos X y rayos gamma. Esta radiación se mueve obviamente a la velocidad
de la luz y llega a nuestro planeta tan solo ocho minutos después de
haber tenido lugar. Por suerte para nosotros, nuestra atmósfera absorbe
la mayor parte de esta radiación, pero no ocurre lo mismo con los
satélites y los astronautas, que carecen de este escudo protector. El
fuselaje de los vehículos espaciales ofrece cierto grado de protección,
pero en el caso de una gran fulguración la radiación puede dañar de
forma irreversible la delicada electrónica de muchos satélites. Y no
esto no es moco de pavo, porque debido a la alta dependencia que tiene
nuestra civilización con respecto a los satélites de comunicaciones -por
no hablar de los militares y sus satélites de observación de todo
tipo-, una fulguración que dejase fuera de servicio, aunque fuese
temporalmente, a varias decenas de satélites podría tener un efecto
realmente grave en las comunicaciones mundiales. Por otro lado, la
radiación ultravioleta y los rayos X de una fulguración pueden ionizar
las capas exteriores de la atmósfera, interfiriendo o bloqueando las
comunicaciones por radio durante horas o días.
Pero en realidad esto no son más que simples molestias. El verdadero
peligro son las partículas de una eyección de masa coronal que llegan a
la Tierra. Las fulguraciones son fenómenos muy complejos y la energía
liberada por una de ellas no siempre se traduce en una CME, o mejor
dicho, la energía de una fulguración no mantiene una relación lineal con
la energía de la CME causada por la misma. Además, hay que tener en
cuenta que debido a una simple cuestión de geometría, la mayoría de las
CMEs no afectan a la Tierra. Las eyecciones de masa coronal son enormes
agrupaciones de plasma formado por partículas cargadas de baja o media
energía, pero con intensos campos magnéticos. Cuando los campos
magnéticos de una CME interaccionan con el campo magnético terrestre,
éste se ve sacudido profundamente. Se produce entonces una lucha entre
las partículas cargadas de la ionosfera y los cinturones de radiación
con los campos magnéticos que puede durar horas o días hasta que la
situación se estabilice. Es lo que se conoce como tormenta geomagnética.
La fuerza de la tormenta depende además de la orientación relativa del
campo magnético de la Tierra y el de la CME. Si la nube de partículas
posee un campo magnético con las polaridades opuestas al del campo
terrestre, la tormenta será mucho mayor que en caso contrario.
La magnetosfera terrestre nos defiende del viento solar y de las tormentas solares (NASA).
Una CME vista en ultravioleta por el SDO el 7 de junio de 2011 (NASA).
Desde el punto de vista de la capacidad de penetración, las partículas
'problemáticas' de una CME son los protones energéticos, con una pequeña
proporción de partículas alfa (núcleos de helio) y otros núcleos más
pesados. Los protones son las partículas clave y es por eso que debemos
prestar atención a los Sucesos de Protones Solares o SPEs (Solar Proton
Events). En estos sucesos se emiten protones con energías de 10-100 MeV,
aunque algunos pueden emitir protones con energías brutales, del orden
1-20 GeV. Esta elevada energía provoca que las partículas de un SPE
puedan tardar en llegar a la Tierra apenas una hora o incluso...¡15
minutos! El campo magnético terrestre sólo nos defiende de los protones
con energías de menos de 100 MeV. Por encima de los 500 MeV, los
protones pueden alcanzar la superficie.
No debemos confundir los SPE con el viento solar, el flujo continuo de
partículas -principalmente protones- que emite el Sol y que fluctúa de
forma constante. Para complicar el asunto, no todas las CME importantes
van asociados a un SPE grande, aunque lo contrario sí que ocurre
prácticamente siempre (un 95% de las veces, para ser precisos). Por
ejemplo, el Suceso Carrington causó el mayor SPE que se conozca. Por
eso, bajo el nombre genérico de 'tormenta solar' se suelen
agrupar tres fenómenos que, aunque relacionados, son distintos:
fulguraciones, eyecciones de masa coronal (CME) y sucesos de protones
solares (SPE). Los SPE pueden crear problemas de comunicaciones, matar
astronautas o afectar a la capa de ozono, pero, en todo caso, son las
CME son los fenómenos más importantes en cuanto a los posibles efectos
perniciosos sobre nuestra civilización.
Las perturbaciones en el campo magnético terrestre causadas por una CME
crean corrientes inducidas que pueden dañar las centrales energéticas y
la red eléctrica, creando apagones masivos. Y esto no es una cuestión
teórica. En 1972 la compañía norteamericana AT&T se vio obligada a
rediseñar su sistema cables submarinos poco después de que una tormenta
geomagnética bloquease parcialmente las comunicaciones telefónicas a
larga distancia dentro de los EEUU. En 1989, otra tormenta geomagnética
dejó sin electricidad a seis millones de personas en Québec. Y es que
los efectos de una tormenta solar son similares al pulso
electromagnético causado por una explosión nuclear en la alta atmósfera.
Puede que todo esto no te impresione. Al fin y al cabo, un fenómeno de
este tipo difícilmente podría destruir nuestra civilización. Sin
embargo, piensa que estos incidentes fueron causados por tormentas
solares importantes, pero que ni de lejos se acercaban a la energía
liberada por el Suceso Carrington. Si una tormenta solar de este tipo
tuviese lugar hoy en día, provocaría el colapso de muchas de las redes
de comunicaciones y de transporte eléctrico en el planeta, además de
dejar fuera de servicio decenas de satélites (incluyendo los GPS),
causar numerosos incendios eléctricos y bloquear los sistemas de
navegación de miles de aviones.
El talón de Aquiles son los grandes transformadores de las centrales eléctricas.
Una tormenta geomagnética severa destrozaría muchos de los
transformadores de alta tensión que estuviesen en funcionamiento por
culpa de corrientes inducidas, lo que impediría restaurar el suministro
eléctrico una vez pasada la tormenta. Como ejemplo, el 6 de abril de
2000, una tormenta geomagnética causó corrientes inducidas de hasta 270
amperios en un transformador del sur de Suecia. Para colmo, el número de
unidades de repuesto de estos transformadores en circulación es muy
limitado, algo lógico si tenemos en cuenta que suelen estar hechos a
medida según la instalación y que pueden costar más de diez millones de
dólares cada uno. En el peor de los casos, las fábricas que los
construyen también quedarían fuera de servicio por culpa de la tormenta.
Se cree que más del 50% de la red eléctrica de los EEUU podría quedar
fuera de juego durante varios meses por culpa de un suceso de esta
categoría.
Transformador de alta tensión de New Jersey dañado durante una tormenta solar el 13 de marzo de 1989 (fuente).
Como 'bola extra', los sistemas de distribución de petróleo, gas natural
y agua potable también dejarían de funcionar durante semanas o meses en
muchos lugares del planeta. Los oleoductos y gaseoductos sufrirían
niveles de corrosión elevados por culpa de las corrientes inducidas,
produciendo posibles fugas catastróficas. Toneladas de comida se
echarían a perder en todos aquellos hogares y comercios sin generadores
eléctricos propios. Se dispararía el precio de la gasolina y el gasoil, y
en muchas zonas las reservas de combustible se agotarían, causando
revueltas y serios problemas logísticos en hospitales, puertos y
aeropuertos. Sin duda, moriría mucha gente y las pérdidas serían
catastróficas. De hecho, se estima que el efecto de una tormenta de este
tipo se traduciría en unas pérdidas de uno o dos billones -sí, con b-
de dólares como mínimo únicamente en los Estados Unidos y la economía
mundial tardaría una década en recuperarse. Vamos, justo lo que necesita
la economía en estos momentos.
¿A qué ahora ya no te parece algo tan trivial? Pues tienes motivos para
preocuparte, porque estas tormentas son totalmente impredecibles. Aunque
se dan con más frecuencia durante los años de máxima actividad del
ciclo solar de 11 años, pueden tener lugar en cualquier momento. De
hecho, nadie sabe cada cuánto se produce una tormenta solar como el
Suceso Carrington. La mayor parte de estimaciones coinciden en que una
tormenta de este tipo solo afecta a la Tierra una vez cada 500 años más o
menos, de acuerdo con el análisis de nitratos encontrados en las
profundidades de los hielos árticos (los SPE intensos generan nitratos
en la atmósfera). Por otro lado, estas mismas estimaciones sugieren que
cada millón de años aproximadamente la Tierra puede sufrir los efectos
de una fulguración un millón de veces más energética que el propio
Suceso Carrington. Pero todo esto no dejan de ser estimaciones, así que,
teniendo en cuenta la fragilidad de nuestra civilización, más nos vale
estar preparados.
Probabilidad de un SPE en función de su energía. El suceso Carrington es el diamante situado cerca de la mitad del gráfico (fuente).
Tormentas solares que emitieron protones energéticos (SEPs) desde 1850. Destaca claramente el Suceso Carrington de 1859 (fuente).
Pero no estamos indefensos. Una red de satélites monitorizan
continuamente el 'tiempo solar' y detectan todas las fulguraciones,
incluso aquellas que se producen en el hemisferio del Sol no visible
desde la Tierra -cortesía de los satélites STEREO-. De media, las
partículas de una CME tardan entre dos o cuatro días antes de llegar a
nuestro planeta, tiempo más que suficiente para prepararse para lo peor y
poder apagar las redes eléctricas más importantes, desconectando los
transformadores de alta tensión antes de que golpee la tormenta. No es
que esto no ocasione pérdidas astronómicas, pero es la solución menos
mala. No obstante, esto es en el mejor de los casos. La tormenta
geomagnética del Suceso Carrington se produjo tan solo 17 horas después
de producirse la fulguración, ya que varias CMEs previas habían
'limpiado' el medio interplanetario con antelación, allanando el camino
para las partículas energéticas. En el caso de la tormenta del 4 de
agosto de 1972, el tiempo de tránsito de las partículas se redujo a 15
horas. Y esto ya es más serio, porque menos de veinte horas es un tiempo
claramente insuficiente para articular un plan de acción global.
Resumiendo, sin advertencia previa, un Suceso Carrington o superior
causaría daños tan devastadores en sociedad actual que bien podría
generar una tragedia global de magnitudes nunca vistas, aunque que esto
traiga consigo el 'fin de nuestra civilización' es ciertamente
discutible. Pero lo que resulta trágico de verdad es que, a pesar de lo
mucho que tenemos que perder, no exista una estrategia de respuesta
sólida para prevenir los efectos de una gran tormenta geomagnética. Y si
de algo podemos estar seguros es que tarde o temprano se producirá
alguna.
En todo caso, podemos dar gracias, porque el Sol es una estrella muy tranquila. Existen estrellas similares al Sol que producen fulguraciones diez millones de veces
más energéticas que el Suceso Carrington. Estas superfulguraciones
podrían destruir la capa de ozono en nuestro planeta y derretir los
hielos polares, con todo lo que ello implica para la vida en la Tierra.
Eso sí que sería el fin de nuestra civilización...y puede que de nuestra
especie.
Supermanchas estelares en estrellas de tipo solar (nature.com).
Esta es la contribución de Eureka al XXXIV Carnaval de la Física, organizado por Hablando de Ciencia.
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