El clima solar: un riesgo ambiental en la Tierra

El desarrollo tecnológico, industrial y científico puede verse afectado por el clima espacial, particularmente en sectores como los operadores de satélites, la infraestructura eléctrica, las aerolíneas, las compañías de perforación petrolera y la agricultura de precisión. Las investigaciones buscan entender con mayor claridad la actividad del Sol, y sus efectos, con el fin de mitigar los riesgos asociados en la Tierra. 

* Este artículo fue publicado en la Revista Geociencias SURA | Edición 1 | Noviembre de 2016.

En el último siglo se ha presentado una evolución tecnológica, industrial y social, sin precedentes en la historia. Los sistemas de comunicación y transporte, la conquista espacial y el uso de la energía eléctrica no solo han mejorado la calidad de vida, sino que se han convertido en estructuras esenciales e interdependientes para la actividad humana, la seguridad de los países y la vitalidad económica. 

La necesidad de entender y predecir la actividad solar va más allá del interés científico e impacta directamente las previsiones empresariales y gubernamentales, porque esta actividad puede llegar a afectar las redes eléctricas, la comunicación inalámbrica, las telecomunicaciones, los satélites de posicionamiento global o GPS, las misiones espaciales y las redes de transporte marítimo, aéreo y terrestre. 

Actividad en la superficie del sol 

En la mañana del primero de septiembre de 1859, el astrónomo Richard Carrington observó por primera vez la erupción de las manchas solares. Horas después, se reportó el fallo masivo de las comunicaciones telegráficas y las coloridas auroras boreales en el sur de Hawai, América Central y del Sur. 

Ciento treinta años después, en 1989, una tormenta solar dejó sin electricidad por doce horas a cinco millones de personas en Quebec. Si bien no son los únicos fenómenos solares que se han presentado en la historia, son los que mayor impacto han tenido por su trascendencia e incidencia en el planeta. 

De acuerdo con un informe realizado por el mercado de seguros Lloyd’s de Londres, en 2013, una tormenta solar extrema, del nivel de la tormenta Carrington, podría causar interrupciones mayores en las redes de energía eléctrica, con incidencia en una población entre 20 y 40 millones de personas en los Estados Unidos, y generar costos de recuperación que variarían entre 600 billones y 2,6 trillones de dólares. 

Las eyecciones de masa coronal (Coronal mass ejection —CME—) son expulsiones de nubes de plasma desde la capa más externa del sol o corona solar. Ocurren con mayor probabilidad en el periodo de máxima actividad del ciclo solar, el cual oscila entre 10 y 12 años. 

La generación de las eyecciones de masa coronal está relacionada con la rotación y las líneas de campo magnético del Sol. Cuando la rotación en el ecuador solar genera el estiramiento de las líneas de campo, estas interactúan con campos magnéticos locales, llamados regiones activas, creando manchas solares, las cuales eventualmente generan una tormenta solar que emite partículas altamente energéticas, que se desplazan en una dirección aleatoria y ocasionalmente pueden llegar a la Tierra. 

En ese sentido, el profesor e investigador de la Universidad Nacional de Colombia, Ph.D Santiago Vargas Domínguez, explica que “entender el comportamiento de las manchas solares —regiones en el Sol de alta actividad magnética— es importante porque son los puntos por donde se emite el magnetismo solar” y, por ende, están muy relacionadas con las erupciones solares. 

“Si se invierten recursos suficientes en tecnologías de protección, pueden mitigarse los efectos de las tormentas solares, pero el costo puede ser muy alto. Este es un dilema al que se ven enfrentadas constantemente las industrias”.

Ph.D. Louis J. Lanzerotti, investigador de física del Instituto Tecnológico de Nueva Jersey.

¿Cómo las tormentas solares afectan la Tierra?

La Tierra cuenta con un escudo natural generado por su campo magnético o magnetósfera, que la protege de las partículas cargadas eléctricamente provenientes del exterior. Por esto, gran parte de las partículas liberadas en una tormenta solar son detectadas por la magnetósfera y otras son dirigidas hacia los polos. Las partículas que llegan a los polos tienen la capacidad de interactuar con la atmósfera de la Tierra, como explica el Ph.D. Rualdo Soto-Chavez. 

Para el profesor e investigador de física del Instituto Tecnológico de Nueva Jersey, Ph.D. Louis J. Lanzerotti, quien ha dedicado más de cuatro décadas al estudio de los plasmas espaciales, “en los últimos 150 años el sistema tecnológico de la humanidad se ha hecho más complejo y, por lo tanto, cada vez somos más vulnerables a los efectos del clima espacial”. 

En caso de que las eyecciones de masa coronal interfieran en el campo magnético de la Tierra, se pueden afectar las redes de transmisión de energía eléctrica, las misiones espaciales y los sistemas de comunicación, Adicionalmente, las ráfagas de radiación solar perturbarán sistemas de comunicación, radares y GPS presentes en teléfonos, aviones, barcos y automóviles.

Para la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA), “las industrias potencialmente afectadas por el clima espacial deberían evaluar los posibles impactos de estos eventos en sus operaciones, de tal manera que identifiquen e implementen posibles medidas de mitigación que garanticen la confiabilidad y sostenibilidad de sus negocios. 

Los sectores que deberían usar la información del clima espacial incluyen operadores de satélites, infraestructura eléctrica, aerolíneas, compañías de perforación petrolera, agricultura de precisión y entes gubernamentales”. 

Mitigación del riesgo 

En los últimos años, países como Estados Unidos han realizado diversos esfuerzos para mitigar, responder y recuperarse de los efectos potencialmente devastadores del clima espacial. 

La Estrategia Nacional del Clima Espacial, presentada simultáneamente con el Plan de Acción del Tiempo Espacial Nacional (National Space Weather Action Plan) de Estados Unidos en 2015, promueve una mayor coordinación y cooperación nacional e internacional entre sectores públicos y privados —Gobierno, academia, organismos de emergencia, medios de comunicación e industrias de seguros— para mejorar las redes de observación, realizar investigaciones, desarrollar modelos de estimación y aumentar los esfuerzos de protección y mitigación de los riesgos asociados a la actividad del Sol. 

Según el investigador Ph.D. Louis J. Lanzerotti, quien también es miembro de la Academia Nacional de Ingeniería de Estados Unidos y de la Academia Internacional de Astronáutica, “realmente, más que un problema técnico, es un problema de costo-beneficio. Siempre hay que enfrentarse a la decisión de cuánto queremos gastar en la mitigación del riesgo contra la posibilidad de padecer el problema”. 

Empresas de comunicaciones, como AT&T, rediseñaron partes del sistema de energía para mitigar los efectos de las tormentas solares en los voltajes. Se conocen también otras medidas como apagar los transformadores para evitar que sufran daños como consecuencia de estos fenómenos. 

El Ph.D. Louis J. Lanzerotti desarrolló un instrumento, RBSPICE, para la misión “Van Allen Probes” de la NASA, con el fin de entender el ambiente de radiación espacial asociado a la actividad solar. La nave espacial y sus instrumentos fueron diseñados para operar continuamente entre seis y ocho años en ambiente de radiación solar. Este es otro ejemplo de mitigación de los efectos de tormentas solares, explica el Ph.D. Rualdo Soto-Chávez. 

Los retos en el futuro no solo se concentran en entender y estimar con mayor claridad los fenómenos solares y sus posibles impactos, sino también en mejorar la capacidad de gestión de las industrias directamente afectadas por el comportamiento del clima espacial. Estos retos varían desde la estimación representativa de la vida útil de los satélites, teniendo en cuenta la actividad solar, hasta la mitigación de las pérdidas económicas que esta puede ocasionar en sociedades hiperconectadas. 

Planes como los del gobierno de Estados Unidos, son apenas el comienzo de un esfuerzo político para mejorar la preparación estatal ante los inevitables fenómenos espaciales. Los países de América Latina y sus organizaciones públicas y privadas no deberían ser ajenos a dichas iniciativas, para proteger y conservar la dinámica de la economía global en tanto se entienda la actividad solar como un riesgo de la naturaleza al igual que los terremotos, la actividad volcánica o las inundaciones.

Fuentes

Louis J. Lanzerotti. Ph.D., profesor e investigador de física del Instituto Tecnológico de Nueva Jersey.

Rualdo Soto-Chávez. Ph.D., profesor e investigador del Instituto Tecnológico de Nueva Jersey. 

Santiago Vargas Domínguez. Ph.D. en Astrofísica de la Universidad de Canarias. Profesor e investigador del Observatorio Astronómico de la Universidad Nacional de Colombia.