25.º ciclo de actividad solar: el Sol despierta.

El Sol acaba de entrar en su 25.º ciclo y está a punto de despertar. Durante los últimos años, nuestra estrella ha permanecido bastante aletargada, con pocas manchas solares, fulguraciones o eyecciones importantes de plasma magnetizado provenientes de su superficie. Pero este periodo de tranquilidad, conocido como “mínimo solar”, está acabando y las cosas empiezan a moverse.

Este impresionante estallido de actividad estelar energética fue capturado el 26 de enero de 2012 por las cámaras C2 y C3 de LASCO a bordo del Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO) de la ESA / NASA. Primero, una enorme eyección de masa coronal (CME) estalla desde el Sol, arrojando grandes masas de material estelar a aproximadamente 1200 km por segundo a través del Sistema Solar. Le siguen un par de CME más pequeñas y lentas que se estima que viajan a 200-400 km por segundo. Una CME final estalla al final del video, pero esta vez está dirigida a la Tierra. Dichos eventos se denominan eyecciones de masa coronal "Halo" porque, a diferencia de las que se ven de lado, lanzadas desde el Sol y que parecen viajar hacia la izquierda o hacia la derecha, las CME dirigidas a la Tierra parecen un anillo de material que se hace cada vez más grande. Una vez que golpea, fragmentos de un segundo después, una tormenta de radiación interrumpe los instrumentos a bordo de la nave espacial en el camino, visto aquí como las caóticas perturbaciones "centelleantes" que acosan la imagen. “Este CME final transportó un estimado de 37 billones de gramos de material a la friolera de 2500 km por segundo”, explica Karl Battams, Dr. en Ciencias Computacionales en el Laboratorio de Investigación Naval de Estados Unidos. "¡Eso equivale a arrojar casi el 0,5% de todo el material orgánico de la Tierra al 1% de la velocidad de la luz!" Aunque el metraje original proviene de 2012, este video reciente utiliza ingeniosos algoritmos para "mezclar" la vista de las cámaras LASCO C2 y C3, sin el "límite artificial" resultante que de otro modo resultaría.  "Este video se realizó colocando primero correctamente las imágenes de las dos cámaras, utilizando la información del Sistema de coordenadas mundial almacenada en los encabezados de las imágenes, y luego combinando y combinando el brillo y la textura en el límite entre las dos", explica Brendan Gallagher, un científico computacional del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU., quien los armó. "Esta combinación reduce el límite artificial introducido mediante el uso de varias cámaras para capturar múltiples características solares y, al hacerlo, revela su naturaleza continua". A medida que el Sol comienza un nuevo ciclo solar, su vigésimo quinto desde que teníamos suficiente información para contarlos, la actividad debería comenzar a calentarse nuevamente cuando el Sol "despierte" del mínimo solar de los últimos años y entre en un nuevo máximo solar. Descubra cómo la Oficina de Meteorología Espacial de la ESA está trabajando para proteger la infraestructura en la Tierra y en el espacio de los impredecibles cambios de humor de nuestra estrella. SOHO (ESA y NASA) - Brendan Gallagher.

Expertos del Panel de Predicción del Ciclo Solar 25 anunciaron hace poco que el Sol ha entrado oficialmente en un nuevo ciclo, el 25.º desde que contamos con datos suficientes como para reconocerlos con fiabilidad. Aunque es de esperar que aumenten los fenómenos meteorológicos espaciales en los próximos años, con un pico en la producción de manchas solares en 2025, el consenso de los miembros del panel es que este próximo ciclo será muy similar al anterior, más débiles que la media en términos generales.

Como explica Juha-Pekka Luntama, responsable de la Oficina de Meteorología Espacial de la ESA: “Aunque es más probable que se produzcan tormentas solares de pequeña y mediana magnitud durante los picos de actividad solar, es importante recordar que las grandes emisiones y eyecciones de masa coronal pueden tener lugar en cualquier momento, con independencia del punto en el ciclo solar en que nos encontremos o la intensidad que alcance el ciclo”.

Si las tormentas solares llegan a la Tierra, pueden provocar tormentas geomagnéticas en la magnetosfera. Aunque esto supone una buena noticia para los cazadores de auroras, también pueden perturbar e incluso dañar las redes eléctricas en tierra y los satélites en órbita, así como los servicios vitales que brindan.

Repetitivo e impredecible.

Igual que los imanes que usábamos en el colegio, el Sol posee un campo magnético con un polo norte y un polo sur, así como líneas de campo magnético que se extienden más allá de la estrella, conectando las regiones polares.

La misión Ulysses de la ESA / NASA ha realizado estudios sin precedentes sobre el campo magnético del Sol y la forma en que se transporta al espacio exterior. Se ha descubierto que cerca del Sol, las líneas del campo magnético siguen un patrón específico que varía con la latitud, pero a distancias más allá de 3 a 5 veces el radio solar se vuelven más uniformes y tienen la misma fuerza en todas las latitudes. Crédito: ESA (imagen de C.Carreau).

Estos polos tienen una misteriosa tendencia a invertirse, haciendo que el polo norte se convierta en el sur y viceversa, en un ciclo que dura aproximadamente 11 años. Esta inversión del campo magnético se produce en el pico de cada ciclo, que se conoce como “máximo solar”, cuando la actividad llega a su apogeo. Una vez invertidos los polos, la actividad se ralentiza hasta alcanzar el mínimo solar y comienza un nuevo ciclo. 

Llevamos siglos estudiando el Sol, pero el mecanismo exacto de esta inversión del campo magnético sigue alimentando las teorías y el debate científico. Una de las principales preguntas que la misión Solar Orbiter de la ESA debe responder será qué provoca el ciclo solar para, mediante la observación de las regiones polares, aprender más sobre la generación del campo magnético que da lugar a la actividad solar.

Las manchas solares.

SOHO ve una mancha solar, 22 de octubre de 2003. Crédito: ESA / SOHO.

Las manchas solares constituyen una forma útil de determinar en qué momento del ciclo se encuentra el Sol. Las manchas oscuras que aparecen temporalmente en la superficie solar señalan una actividad magnética intensa, por lo que la zona está algo más fría que el material circundante: de ahí que sea más oscura que las áreas que la rodean. Estas manchas transitorias tienen una relación directa con la actividad solar, ya que la mayoría de fulguraciones y eyecciones de masa coronal se originan en zonas con agrupaciones de manchas solares, también llamadas “regiones activas”.

Las regiones activas, las fulguraciones y las eyecciones siguen el ciclo general de las manchas solares; es decir, abundan durante el máximo solar y escasean durante el mínimo. No obstante, la probabilidad estadística de que se produzcan fulguraciones y eyecciones de masa coronal gigantes es siempre igual, independientemente del momento del ciclo. Así, siempre debemos estar preparados para el “mal tiempo” en el espacio.

El ciclo 25.

Se ha determinado que el 24.º ciclo solar, que ha sido el último, finalizó en diciembre de 2019, cuando el promedio de manchas solares alcanzó su mínimo y comenzaron a aparecer las primeras manchas del siguiente ciclo.

El número de manchas solares en la superficie del Sol aumenta y disminuye en ciclos solares de aproximadamente 11 años. Mínimo Solar se refiere a los varios años en los que el número de manchas solares es más bajo; El Máximo Solar ocurre en los años en que las manchas solares son más numerosas. Crédito: Productos y servicios de meteorología espacial de la NOAA. 

Se considera que ha comenzado un nuevo ciclo solar cuando las nuevas manchas que aparecen en latitudes medias de la superficie del Sol se encuentran en la polaridad magnética opuesta a las manchas del ciclo anterior. Pero como el número de manchas fluctúa de día en día y de semana en semana, los científicos emplean una media móvil, por lo que se tarda algunos meses en ver claramente los patrones de actividad.

Pronosticar el nivel de actividad que alcanzará el Sol en el máximo del ciclo es algo realmente difícil. Al igual que sucede con el tiempo meteorológico en la Tierra, no es fácil hacer previsiones del Sol a largo plazo, aunque sabemos que su comportamiento tiene estaciones generales.

A pesar de que hay consenso en cuanto a que el ciclo 25.º será parecido al anterior, esta predicción presenta un mayor nivel de incertidumbre que en otros casos, ya que este ciclo llega tras un declive general en el pico de actividad solar. Llegado a este punto, el siguiente ciclo solar podría continuar con la tendencia descendente hacia ciclos con actividad menor a la media, o bien podría marcar el comienzo de una serie de ciclos más activos.

Predicción del ciclo solar 25, NOAA. El panel internacional copresidido por NOAA / NASA para pronosticar el ciclo solar 25 publicó su pronóstico más reciente para el ciclo solar 25. El panel acordó que el ciclo 25 será de intensidad promedio y similar al ciclo 24. Crédito: NOAA

Impacto en la Tierra.

Impresión artística de Venus, la Tierra y Marte interactuando con el viento solar. La impresión de este artista muestra cómo el viento solar da forma a las magnetosferas de Venus (arriba), la Tierra (medio) y Marte (abajo). A diferencia de Venus y Marte, la Tierra tiene un campo magnético interno que agranda su magnetosfera. Las líneas que salen del Sol simbolizan la propagación del viento solar hacia afuera. Las distancias del planeta no se muestran a escala. Crédito: ESA

Conforme aumente la actividad solar, el Sol emitirá más materia y radiación de partículas de alta energía al sistema solar. Desde nuestra posición en el tercer planeta más cercano al Sol, cualquier actividad que nos dé de lleno tendrá consecuencias en el campo magnético (la capa que rodea a la Tierra y la protege de las emisiones), creando tormentas geomagnéticas.

Estas tormentas son capaces de causar problemas graves en los modernos sistemas tecnológicos, perturbando o dañando satélites en el espacio y los numerosos servicios que dependen de ellos (como la navegación o las telecomunicaciones). Las tormentas geomagnéticas también pueden interrumpir las redes eléctricas y la comunicación por radio, y crear situaciones de peligro por radiación para los astronautas en el espacio e incluso exponiendo a niveles potencialmente nocivos de radiación a los astronautas de las futuras misiones a la Luna y a Marte.

Por suerte, estos fenómenos suelen avisar antes de que se produzcan, pues las agrupaciones complejas de manchas que surgen bajo la superficie dejan un patrón de marcas oscuras por el disco solar.

El clima espacial se refiere a las condiciones ambientales en el espacio influenciadas por la actividad solar. En la economía europea actual, numerosos sectores pueden verse afectados por el clima espacial. Estos van desde las telecomunicaciones espaciales, la radiodifusión, los servicios meteorológicos y la navegación hasta la distribución de energía y las comunicaciones terrestres, especialmente en latitudes septentrionales. Una influencia significativa de la actividad solar se observa en las perturbaciones en los servicios de navegación por satélite, como Galileo, debido a los efectos del clima espacial en la atmósfera superior. Esto, a su vez, puede afectar la aviación, el transporte por carretera, el transporte marítimo y cualquier otra actividad que dependa de un posicionamiento preciso. Para los satélites en órbita, los efectos del clima espacial pueden verse en la degradación de las comunicaciones, el rendimiento, la confiabilidad y la vida útil general. Por ejemplo, los paneles solares que convierten la luz solar en energía eléctrica en la mayoría de las naves espaciales generarán cada vez menos energía durante el transcurso de una misión, y esta degradación debe tenerse en cuenta al diseñar el satélite. Además, el aumento de la radiación debido al clima espacial puede generar mayores riesgos para la salud de los astronautas, tanto hoy a bordo de la Estación Espacial Internacional en órbita baja como en el futuro en viajes a la Luna o Marte. En la Tierra, las aerolíneas comerciales también pueden sufrir daños en los componentes electrónicos de las aeronaves y aumentar las dosis de radiación a las tripulaciones (en altitudes de aeronaves de larga distancia) durante los grandes fenómenos meteorológicos espaciales. Los efectos del clima espacial en tierra pueden incluir daños e interrupciones en las redes de distribución de energía, mayor corrosión de las tuberías y degradación de las comunicaciones por radio. Crédito: ESA / Oficina de Ciencias, CC BY-SA 3.0 IGO.

Aunque las tormentas solares no pueden detenerse, la alerta temprana daría a los operadores de satélites, redes eléctricas y sistemas de telecomunicaciones, así como a los exploradores espaciales, tiempo para tomar medidas de protección.

El programa Seguridad Espacial de la ESA está preparando una misión única que se encargará precisamente de eso. La misión Lagrange efectuará utilísimas observaciones del Sol desde una perspectiva privilegiada, en el quinto punto de Lagrange. Al ver el Sol “de lado”, la misión Lagrange obtendrá una vista previa de la actividad solar, antes de que el astro rote y se vea desde la Tierra, lo que permitirá recopilar datos tempranos, necesarios para lanzar alertas con antelación.

Situación de los puntos de lagrange en el sistema Sol-Tierra. Crédito: NASA

Al observar nuestra estrella desde el quinto punto de Lagrange, la sonda detectará fenómenos solares y su propagación hacia la Tierra con mayor precisión de la conseguida en la actualidad, transmitiendo datos y distribuyéndolos en la Red de Servicios de Meteorología Espacial de la ESA en tiempo casi real para generar advertencias y pronósticos.

• Publicado en ESA- España el 30 de octubre del 2020, enlace publicación.