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En 1859, la ciencia de la física solar realmente comenzó con el brote más grande en la historia de la humanidad: el evento de Carrington. Antes de eso, muchas personas observaron el Sol: se dedicaron a contar y rastrear manchas solares, observar la velocidad diferencial de rotación del Sol, establecer una relación potencial entre la actividad solar y el campo magnético de la Tierra y observar la aurora. Cuando los astrónomos Richard Carrington y Richard Hodgson notaron una enorme "llamarada blanca" en el Sol el 1 de septiembre de 1859, quedó claro que la Tierra y el Sol estaban conectados tan fuertemente que ni siquiera podíamos imaginarlo. Solo 17 horas después, la Tierra fue golpeada por la tormenta geomagnética más grande jamás registrada, y los informes mundiales sobre sus secuelas fueron legendarios. Sabiendo que estos eventos ocurren con regularidad,¿Estamos preparados para lo inevitable? Esto es lo que Erich Ratkamp quiere saber al hacer la siguiente pregunta:
“Las eyecciones de masa coronal, comparables al evento de Carrington de 1859, podrían destruir toda la red eléctrica de EE. UU. ... ¿Podemos reconocer tales emisiones y emitir advertencias sobre ellas con al menos 24 horas de anticipación? ¿Habrá tiempo suficiente para sobrevivir a un evento de nivel Carrington? Si tal evento ocurre mañana, ¿podemos manejarlo? "
Cuando se trata de desastres naturales que se avecinan, lo mejor que podemos hacer es prepararnos para ellos. Esto es lo que nos ha preparado el sol.
Fragmento de la "primera luz" del telescopio solar Inoue, propiedad de la National Science Foundation. Muestra células de calor del tamaño de Texas en la superficie del Sol con una resolución más alta que nunca. Por primera vez, se pueden ver objetos entre celdas con una resolución de solo 30 km, lo que arroja luz sobre los procesos que tienen lugar en el interior del Sol.
El Sol suele estar bastante tranquilo y produce la misma cantidad constante de energía con una precisión del 99,9%. Gira sobre su eje con un período de 25 días en el ecuador y 33 días en los polos, y además emite un flujo constante de partículas: el viento solar. Su núcleo central alcanza una temperatura máxima de unos 15 millones de K, pero el borde de su fotosfera es relativamente frío, unos 6000 K, y de ahí proviene la energía que recibimos.
Además, un plasma delgado y muy caliente se separa de la fotosfera: la corona del sol, cuya temperatura es de cientos de miles de kelvin, y su conexión la proporciona el caótico campo magnético irregular del sol. Sin embargo, a veces aparecen manchas solares en el Sol, que son regiones relativamente frías en su fotosfera. Existen conexiones magnéticas entre el Sol, la corona e incluso otros cuerpos del sistema solar, como la Tierra. Las erupciones solares, las eyecciones de masa coronal y otros eventos de reconexión magnética asociados con varios procesos pueden enviar corrientes de partículas de energía en ciertas direcciones.
Una erupción solar que desencadena una expulsión de materia al sistema solar puede desencadenar eventos como una expulsión de masa coronal. Aunque normalmente las partículas tardan unos 3 días en llegar, las emisiones más potentes pueden llegar a la Tierra en menos de 24 horas y pueden causar estragos en nuestra infraestructura eléctrica y electrónica.
En condiciones normales, podemos decir lo siguiente sobre estos flujos de tales partículas:
- Son relativamente lentos y de bajo consumo, se necesitan unos 3 días para superar la distancia de la Tierra al Sol.
- Tienden a volar alrededor de la Tierra porque están esparcidos libremente en el espacio y sus posibilidades de llegar directamente a la Tierra son escasas;
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Es importante tener en cuenta que las partículas en sí mismas no representan una amenaza para los organismos biológicos en la superficie de la Tierra (como nosotros). Pero esto no significa que seamos inmunes a las consecuencias dañinas de estos procesos.
Si todo sale mal, el resultado puede ser terrible. Si una llamarada solar conduce a una eyección de masa coronal, si esta eyección es de alta energía, y si las partículas se precipitan directamente a la Tierra, y (una cosa más) si el campo magnético del material expulsado y el campo magnético de la Tierra tienen polaridades opuestas, entonces nuestro planeta sufrirá el máximo daño: la infraestructura, la electrónica y más se verán afectados. Esto es casi con certeza lo que sucedió hace 162 años cuando tuvo lugar el infame evento de Carrington.
Los arcos coronales solares, como los observados por el satélite Transition Region And Coronal Explorer (TRACE) de la NASA en 2005, siguen la trayectoria del campo magnético del Sol. Cuando estos bucles "se rompen" de la manera correcta, pueden provocar eyecciones de masa coronal que podrían golpear la Tierra. Una gran eyección o llamarada solar podría desencadenar un nuevo tipo de desastre natural: el Armagedón de las llamaradas.
Alrededor del mediodía del 1 de septiembre de 1859, Richard Carrington estaba rastreando una gran mancha irregular en la superficie del Sol cuando de repente apareció un destello brillante sobre él. Carrington describió el destello como muy brillante y notó que se desvió hacia la derecha del lugar durante unos 5 minutos. Entonces, tan repentinamente como había aparecido, el destello desapareció por completo.
Aproximadamente 18 horas después (3-4 veces más rápido que una llamarada solar normal), ocurrió la tormenta geomagnética más grande en la historia de la humanidad. Los mineros estadounidenses se despertaron pensando que estaba amaneciendo. En los lugares donde era de noche, las auroras eran tan brillantes que se podía leer un periódico a su luz. Se pudo ver una "cortina verde" de auroras en muchas latitudes ecuatoriales: fueron reportadas por Cuba, Hawai, México y Colombia. Y lo peor de todo, nuestros primeros sistemas eléctricos (como el telégrafo) estaban expuestos a corrientes inducidas que causaban daños, incendios y clics salvajes de dispositivos, incluso cuando los propios sistemas estaban completamente apagados.
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La física detrás de esto es simple y abrumadora cuando se piensa en ello. Las partículas cargadas que son emitidas por el Sol y golpean la atmósfera de la Tierra no son dañinas en sí mismas, ya que la atmósfera puede ralentizarlas perfectamente. Pero si una gran cantidad de estas partículas se mueven a alta velocidad, crearán sus propios campos magnéticos, como es el caso de cualquier corriente eléctrica. Si estos campos magnéticos son lo suficientemente fuertes, pueden alterar significativamente el campo magnético local en la superficie de la Tierra. Si cambia la fuerza y / o la dirección del campo magnético que pasa a través del bucle o bobina, este cambio en el campo magnético resultará en una corriente eléctrica.
Permítanme repetir esto nuevamente: si el campo magnético cambia en un bucle o bobina, aparece una corriente eléctrica inducida. La humanidad conocía esta ley mucho antes del evento de Carrington: Faraday la descubrió en 1831 . Pero el mundo ha cambiado mucho desde los días de Carrington, ya que las redes eléctricas, las plantas y subestaciones eléctricas, la infraestructura de transporte de energía e incluso la electrónica de consumo, comercial e industrial están llenas de bucles y bobinas. El poder de las corrientes inducidas, si hoy experimentamos un evento como el de Carrington, sería literalmente astronómico.
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Las estimaciones de daños potenciales (suponiendo que no se tomen medidas para mitigarlo) han aumentado a cifras de 11 dígitos en todo el mundo. Las redes eléctricas de la mayoría de los países quedarán completamente destruidas. La mejor manera de mitigar los efectos de un destello de este tipo es fortalecer la conexión a tierra para que las grandes corrientes que fluyan hacia la red eléctrica vayan directamente a la Tierra. Sin embargo, cada vez que las empresas de energía intentan hacer esto, la sustancia conductora utilizada para la conexión a tierra (como el cobre) es robada debido a su valor material.
Como resultado, tenemos plantas de energía y subestaciones sin conexión a tierra que experimentarán enormes corrientes inducidas, que generalmente conducen a incendios con el consecuente daño significativo y destrucción de la infraestructura. No solo estamos hablando de un desastre multimillonario (estimado en $ 2.6 billones en daños solo en los Estados Unidos ), estamos hablando de una enorme cantidad de electricidad que se queda sin electricidad durante largos períodos de tiempo (potencialmente años). Considerando lo que sucedió en Texas recientemente(cuando las temperaturas bajo cero dejaron muchas áreas sin electricidad), existe un riesgo de bajas extremadamente altas; muchas personas necesitan electricidad para mantenerse con vida.
Una erupción solar de clase X en la superficie del Sol en 2012: un evento que todavía era mucho, mucho más débil en brillo y producción de energía en general que el evento Carrington de 1859, pero que aún podría causar una tormenta geomagnética catastrófica si se acompaña de una masa coronal. eyección, cuyo campo magnético tenía la polaridad correcta (o incorrecta, según su punto de vista).
El evento de Carrington no fue una eyección masiva que ocurre cada pocos millones de años. Muchas erupciones solares golpearon la Tierra, algunas de las cuales causaron daños locales a las redes eléctricas. Una serie de tormentas solares en 1972 causó interrupciones generalizadas en las redes eléctricas y de telecomunicaciones, mal funcionamiento de los satélites e incluso causó una explosión accidental de minas navales en Vietnam. Una tormenta geomagnética en 1989 provocó el cierre completo del sistema de transmisión de energía de Quebec. Y una tormenta solar en 2005 apagó la red GPS. Estos eventos pueden haber sido devastadores, pero fueron solo disparos de advertencia en comparación con lo que la naturaleza tiene reservado para nosotros.
En 2012, el Sol finalmente (por primera vez desde que desarrollamos instrumentos capaces de monitorearlo suficientemente) emitió una llamarada solar que probablemente fue tan poderosa como la que causó el evento Carrington de 1859. Sucedió el 23 de julio y eso es lo que nos salvó. El brote ocurrió en el mismo plano que la órbita de la Tierra, pero nos perdimos durante nueve días. Al igual que con el evento de Carrington, las partículas viajaron la distancia a la Tierra desde el Sol en solo 17 horas. Si la Tierra estuviera en camino, el daño global causado podría exceder la marca de $ 10 billones, sin mencionar la inconmensurable pérdida de vidas.
La luz del sol que brilla a través de la cúpula abierta del telescopio del Telescopio Solar Daniel K. Inoue (DKIST) golpea el espejo principal y hace que los fotones sin información útil reboten en él, mientras que la información útil se envía a los instrumentos montados en otras partes del telescopio.
Sin embargo, la mayoría de nosotros no trata las tormentas solares de la misma manera que los huracanes, tornados, terremotos, tsunamis o erupciones volcánicas. En el mundo actual que depende de la electrónica, debemos pensar en estos fenómenos en términos de preparación para desastres. Con la llegada (apenas el año pasado) del telescopio solar Daniel K. Inoue , finalmente estamos listos para ser alertados cuando una tormenta geomagnética de proporciones catastróficas nos amenace.
Este telescopio solar funciona como un magnetómetro que mide el desempeño del Sol. Es capaz de medir el campo magnético del Sol y la corona solar, lo que nos permite saber si una eyección de masa coronal dirigida hacia la Tierra tiene un campo magnético opuesto al campo de nuestro planeta en este momento. Si detectamos un valor atípico, podemos tomar medidas de mitigación a gran escala, que incluyen:
- Desconexión por parte de las compañías eléctricas de sus redes: para hacer todo de manera correcta y responsable, se necesitan aproximadamente 24 horas para un apagado gradual
- Desconexión y (si es posible) puesta a tierra de estaciones y subestaciones para que las potentes corrientes inducidas no penetren en hogares, comercios y edificios industriales y no provoquen incendios.
- Publicación de pautas para residentes de casas, que hablarán sobre cómo lidiar de manera segura con tales situaciones: apague todos los electrodomésticos y electrónicos, desconecte ciertos cables y sistemas, etc.
Cuando una eyección de masa coronal parece propagarse en todas las direcciones de manera relativamente igual desde nuestro punto de vista (este fenómeno también se conoce como eyección de masa anular), esto es una señal de que probablemente se dirige directamente hacia nuestro planeta. Es más probable que un destello dirigido hacia un lado sobrevuele nuestro planeta, que es lo que todos deberíamos esperar.
La erupción solar más rápida que jamás haya viajado del Sol a la Tierra nos alcanzó en solo 14,6 horas, lo que significa que, idealmente, nos gustaría que nuestros tiempos de reacción dejaran margen de maniobra. Sin embargo, el mayor peligro radica en no estar completamente preparados, y estamos muy cerca de eso. Tenemos los rudimentos de la infraestructura necesaria para detectar y medir estos eventos, no solo el telescopio Inoue, sino también la Sonda Solar Parker, así como nuestros satélites para monitorear el Sol ubicado en el punto L1 de Lagrange en el espacio, pero esto no es suficiente ...
En el peor de los casos, el brote se producirá durante una ola de frío que afectará al hemisferio norte en invierno. Esto cortará la electricidad en la mayoría de los países desarrollados, dejando a miles de millones de personas sin calefacción ni electricidad. El almacenamiento y la distribución de alimentos y agua pueden verse interrumpidos, dejando a miles de millones de personas para sobrevivir solas. Nuestros sistemas de satélite también pueden estar desactivados . Cualquier sistema que se base en maniobras computarizadas para evitar colisiones puede desencadenar una reacción en cadena de colisiones con satélites en órbita terrestre baja. Si no nos preparamos, un evento podría hacernos retroceder como civilización hace décadas.
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Entonces, ¿qué debemos hacer para prepararnos? Primero, necesita establecer una detección temprana utilizando observaciones terrestres y espaciales del Sol y partículas que se mueven desde el Sol a la Tierra. Idealmente, esto requiere una red de observatorios heliofísicos en la Tierra, en el punto L1 Lagrange en el espacio y muy cerca del Sol mismo. Debemos preparar las redes eléctricas para apagones y cortes completos, que demoran menos de ~ 14 horas en completarse, así como fortalecer la conexión a tierra en estaciones y subestaciones. Debemos crear órbitas “seguras” obligatorias para los satélites para que las fallas electrónicas no sean catastróficas, y debemos desarrollar planes de contingencia para los ciudadanos en caso de que un destello de nivel Carrington se dirija hacia la Tierra.
De hecho, la amenaza se acerca, su aparición es solo cuestión de tiempo. Si no hacemos nada para prepararnos para la explosión masiva, se pueden esperar billones de dólares en daños a la infraestructura y muy posiblemente una gran cantidad de muertes. Pero si podemos preparar nuestra red eléctrica, nuestro sistema de distribución y nuestra humanidad para lo inevitable, podemos sobrevivir efectivamente incluso a un evento a nivel de Carrington. Solo tenemos que esforzarnos e invertir en prevención. De lo contrario, pagaremos mucho, durante años o décadas.
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