Malament temps en heliosfera

2012/09/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Teknologia
• Astrofisika
• Astronautika
• Astronomia

Els satèl·lits per a televisió canadenca Ani E1 i Ani E2 van fallar en 1994 a causa de l'activitat solar. Eren geoestacionaris --d'òrbita molt alta- i el fort vent solar del 20 de gener va afectar molt a l'electrònica dels satèl·lits. El senyal del satèl·lit E1 va tenir una interrupció de set hores. I una hora després de recuperar el senyal, es va espatllar un giróscopo d'E2, la funció del qual era estabilitzar l'orientació del satèl·lit i l'avaria va provocar la pèrdua d'orientació del satèl·lit.

Durant cinc mesos, el satèl·lit no va poder romandre mirant cap a la Terra i van haver de fer passar tot el senyal pel satèl·lit E1. Els tècnics de televisió van haver d'adaptar les antenes dels canadencs per a rebre el senyal des del satèl·lit E1 i van passar mesos fins que, una vegada reparat l'E2, van poder tornar al seu estat inicial.

El mal causat pel vent solar pot ser fins i tot major que la pèrdua del senyal del televisor. Les tempestes solars han provocat apagades, per exemple, el 5 de març d'enguany es va produir una gran erupció tipus X en el Sol, la més forta de tots els tipus, i la interrupció de la comunicació per ones de ràdio a Austràlia, la Xina i l'Índia.

Quant als satèl·lits, destaca el servei GPS. Els seus satèl·lits no són geoestacionaris, però sí d'òrbita alta, i estan sent constantment atacats pel temps de l'espai. Segons els experts, durant una tempesta magnètica, el sistema GPS pot tenir una incidència de 100 metres en el posicionament. El canvi de 100 metres és massa gran per a activitats que depenen de la precisió del GPS: navegació, manteniment puntual de plataformes petrolíferes marines, topografia, arquitectura, etc.

Temps de l'espai

La major tempesta solar registrada en la història va ser la tempesta de Carrington en 1859. Les aurores boreals provocades per la tempesta també van ser vistes al Carib. En aquella època no hi havia satèl·lits, però va tallar el senyal del telègraf a Europa i Amèrica del Nord. Avui dia, no obstant això, una tempesta d'aquest tipus seria un desastre tecnològic.

Per a minimitzar les pèrdues, el primer pas seria predir la tempesta. Igual que en la meteorologia, serien necessaris serveis de predicció permanents.

Hi ha prediccions però són limitades. En l'actualitat, l'observació més exigent del vent solar es realitza en els cinturons de Van Trobin, dues zones orbitàries al voltant de la Terra, on es troben la majoria dels satèl·lits. Però no tots: molts satèl·lits d'òrbita alta, tots els geoestacionaris i uns altres com els del sistema GPS, estan fora dels cinturons de Van Hall, més allunyats de la Terra. Aquestes òrbites llunyanes presenten un major risc i la capacitat predictiva actual és insuficient. Per això, s'han posat en marxa projectes de millora de la predicció, com el projecte Spacecast de la Unió Europea.

Aurora boreal. 10 de febrer de 2011. Ed. Quicheisinsane/CC BY-NC-ND

Tempesta de dues temporades

Les dades de les missions al Sol també serveixen per a fer prediccions, ja que la tempesta magnètica ve en dues temporades. Una erupció, a més d'emetre partícules carregades, emet radiació. Tots dos tenen una velocitat molt diferent. De camí a terra, les partícules passen dos o tres dies de viatge. (En la tempesta de Carrington van arribar disset hores). La radiació triga tan sols vuit minuts, ja que es mou a la velocitat de la llum.

Per això, en primer lloc s'aprecia la influència de la radiació. Inesperadament i sense que ningú s'adoni, l'electrònica dels satèl·lits sofreix l'atac. El camp magnètic de la Terra desvia la radiació cap als pols, però només en certa manera; tempestes magnètiques molt fortes allunyades també dels pols són notables. Com el 5 de març. De sobte, les radiocomunicacions es van interrompre a Àsia i Oceania.

Després, aproximadament dues hores després, les partícules carregades més ràpides comencen a arribar a la Terra, les de major velocitat. Són pocs, però és el començament de la segona temporada. A partir d'aquí, el flux de partícules no s'interromp i, en dos o tres dies, la majoria de les partícules carregades arriben. Aquesta diferència entre la radiació i les velocitats de les partícules permet predir la segona ona de tempesta. La primera temporada porta l'anunci de la segona. Així van saber que el 7 de març el vent solar anava a ser molt fort. No obstant això, en l'actualitat la precisió d'aquest anunci no és elevada.

Llegint neutrons

La manera d'afinar els sistemes de predicció sol ser mirar cap endarrere en el temps, la qual cosa ha fet un equip de detectors de neutrons de la Universitat de Delaware. Es prenen les dades de les tempestes passades i s'analitza si el sistema és capaç de calcular el seu efecte. L'Antàrtida és un bon lloc perquè el camp magnètic de la Terra desvia la major part de les partícules cap als pols i és molt difícil mantenir un detector de neutrons en el Pol Nord, on no hi ha terra. I la detecció de neutrons també es deu al fet que són indicadors de vent solar. No són partícules carregades, no hi ha neutrons en el vent solar. Però els protons i electrons del vent solar xoquen contra els àtoms de la part superior de l'atmosfera, i això sí, alliberen neutrons.

El sistema de físics de la Universitat de Delaware analitza les primeres partícules que arriben a la Terra, el començament de la segona onada, i calcula quan i amb quina força arribaran la majoria de les partícules de la temporada. De moment, els resultats han estat satisfactoris, però només estan al principi de la recerca.

William Dean Pesnell: "La major dificultat de la missió SDO és mantenir el flux de dades correctament"

Per a predir quan el vent solar es transformarà en una tempesta és molt important observar constantment l'estrella i obtenir dades de la seva activitat. Una de les missions que exerceixen aquest treball és la del satèl·lit SDO, l'observatori Solar Dynamics Observatory gestionat per la NASA. El responsable científic de la missió és William Dean Pesnell, que ha parlat per a la revista Elhuyar sobre el SDO i el seu treball:

"Treball en el Goddard Space Flight de la NASA amb científics i enginyers per a mantenir en marxa l'observatori SDO, vigilant la transmissió de dades científiques per a bases de dades i treballant amb dades que indiquen la salut de la nau espacial i les seves eines. El nostre equip està en diferents llocs: Goddard, la Universitat de Colorado, la Universitat de Stanford i l'empresa Lockheed Martin. Això significa que haig de llegir i escriure molts missatges perquè cadascun treballem en el nostre horari.

William Dean Pesnell és físic de la NASA i responsable científic de l'observatori SDO. Ed. NASA ©

Atès que el SDO disposa d'una òrbita geoestacionària, una sola estació és suficient per a la recollida contínua de totes les dades. Aquesta estació es troba al sud de nou Mèxic. Allí recollim les dades del SDO i els distribuïm a grups de científics. Si l'envàs tingués un altre tipus d'òrbita, hauria de conservar les dades fins a la seva transmissió en el següent pas sobre el centre.

La major dificultat de la missió és mantenir el flux de dades correctament. Fins ara tots els problemes han sorgit en el sòl: unes apagades, uns talls de cables i el temps ha tallat les dades. Però malgrat haver estat, hem aconseguit que el 99,97% de les dades enviades per la nau espacial siguin recollits i emmagatzemats.

Un aparell anomenat EVE ( Extremi ultraviolet Variability Experimental ) mesura una petita part de l'energia solar, és a dir, de la radiació de longitud d'ona inferior a 100 nm. Es diu irradiància espectral. Aquestes longituds d'ona varien amb l'activitat del Sol, sobretot en erupcions solars, i hem de mesurar-les en l'espai perquè són absorbides per l'atmosfera terrestre.

Cicles 23 i 24 de l'activitat solar. Els cicles es compten des de 1755 i actualment estem en el 24. En la imatge es representa el cicle 23 complet amb les dades del cicle actual i l'evolució esperada. Ed. NASA/msfc ©

L'activitat solar té un cicle d'11 anys i la irradiància varia aproximadament un 0,1%. La variació és realment molt petita, però en algunes longituds d'ona la variació és molt gran: Són 1000 vegades majors en erupcions. Per tant, la variació de tota la irradiància és petita, però la incidència d'una part és molt elevada. Els astrònoms saben que el Sol no hauria de canviar així. Però canvia, la qual cosa ens dóna una idea del que suposa un cicle d'11 anys.

Prové de la zona de convecció, d'una part interna del Sol, on la calor es mou pel fet que pugen les bombolles formades per material calent per sota. I sorgeix el cicle perquè el moviment del material genera un camp magnètic; el sol és una dinamo. Aquests moviments són molt complexos, per la qual cosa el cicle no és totalment regular. El cicle mínim d'11 "anys" pot ser de 9 anys i el màxim de 14.

El SDO queda tres anys per a respondre a les nostres preguntes de recerca: què és el que provoca el camp magnètic del Sol, com es destrueix i si es poden predir les característiques del camp".

Regal final, a vegades verd

Jules Verne va fer famós el raig verd amb una novel·la. Si el cel està molt net, a vegades es veu al capvespre des del nivell de la mar: l'últim raig de sol és verd. En les millors condicions, els dos últims segons aproximadament. Una llegenda diu que dues persones que veuen el raig verd s'enamoren junts, i Verne va abordar aquesta llegenda per a escriure la novel·la. I per la llegenda i la fama de la novel·la, moltes vegades s'ha posat en dubte que el raig verd no és més que un invent.

Ed. Inaglory/CC BY-SA de Brock

Però el raig verd no és un invent. És un autèntic fenomen òptic. L'explicació física no és complexa; quan la llum arriba amb un petit angle, l'atmosfera actua com un prisma, és a dir, refracta els colors de la llum en diferents direccions. I en determinades condicions aquest efecte es veu. En fosquejar o a l'alba. A l'espectador li arriben els raigs verds.

De tant en tant la refracció és tan gran com per a veure també els raigs blaus. És molt difícil veure el Sol blau a simple vista. El verd també és difícil de veure, prova d'això és que hi ha poques fotos de raig verd en comparació amb les de la posta de sol. El raig verd és més fàcil de veure en els tròpics, però quan les condicions són adequades, també pot veure's en latituds majors.