Un nuevo método para predecir la fuerza del ciclo solar de 11 años

Los científicos de Skoltech y sus colegas de la Universidad de Graz y el Observatorio Kanzelhöhe (Austria), el Observatorio de Hvar (Croacia) y el Centro de excelencia solar-terrestre belga – SILSO, Observatorio Real de Bélgica, presentaron un nuevo método para predecir la fuerza del ciclo solar de 11 años. Los resultados son muy importantes para anticipar y mitigar los efectos del clima espacial en astronautas, pilotos y sistemas tecnológicos modernos tanto en el espacio como en la Tierra. El estudio apareció en la revista Astronomy & Astrophysics.

Gregor/ Mancha solar en HD. Crédito: Telescopio solar Gregor.
 

El Sol es nuestra superestrella, proporcionando continuamente a nuestro planeta energía, luz y calor, convirtiéndolo así en un entorno muy habitable para la vida. Sin embargo, también es la fuente de poderosas explosiones, que pueden afectar a los astronautas y las tecnologías modernas en el espacio y en la Tierra. ¡A principios del siglo XVII, Galileo Galilei se atrevió a dirigir su telescopio hacia el Sol y descubrió allí manchas solares! En el siglo XIX quedó claro que las manchas solares aparecen y desaparecen con cierta periodicidad, en promedio, cada 11 años. Las manchas solares ahora son monitoreadas regularmente por más de 80 observatorios en todo el mundo y actualmente tenemos registros continuos de manchas solares durante más de 4 siglos, que es el experimento científico más largo en la historia de la humanidad.

Las manchas solares son manifestaciones visuales de poderosos campos magnéticos que se han elevado desde el interior solar a través de su superficie. Los tubos magnéticos que transportan materia solar emergen de una mancha solar, formando un bucle gigante, y vuelven a entrar en la superficie a través de otra mancha solar. Por lo tanto, la mayoría de las manchas solares vienen en pares que, como un imán, tienen polaridades opuestas: una es positiva y la otra negativa. La energía magnética libre se acumula en estos bucles y puede liberarse repentinamente, por ejemplo, en forma de fulguración o eyección de plasma. 

En solo unos minutos, una fulguración solar puede liberar 100.000 veces más energía que la que generan todas las centrales eléctricas de la Tierra a lo largo de un año. La luz de la fulguración llega a la Tierra en 8 minutos, y si la Tierra no tuviera una atmósfera, la fuerte radiación de rayos X sería dañina para nosotros. Pero tenemos suerte, la densa atmósfera de la Tierra absorbe la peligrosa radiación de la fulguración y nos protege. Sin embargo, esto pasa factura, la comunicación por radio y el GPS pueden verse interrumpidos. Por ejemplo, en Noviembre de 2015 en Suecia, los aviones desaparecieron de los radares a causa de una erupción solar. Y cuando el Sol está en un estado de ánimo tormentoso, las aerolíneas se ven obligadas a cancelar los vuelos sobre los polos porque no hay comunicación por radio durante las tormentas. A menudo, inmediatamente después de una fulguración, las nubes de plasma de la corona solar son expulsadas y lanzadas al espacio. Las eyecciones de masa coronal, gigantescas burbujas de plasma magnético de mil millones de toneladas, se expanden rápidamente hacia afuera desde el Sol y pueden golpear la Tierra en cuestión de días si accidentalmente se interponen en el camino. Así es como el Sol transmite su estado de ánimo a nuestro planeta: se desata una tormenta geomagnética y la aurora boreal inicia su danza de fuego.

“Actualmente entramos en la fase ascendente de un nuevo ciclo solar (nº 25) y vemos como cada vez aparecen más manchas solares en el Sol. Más manchas solares: más tormentas solares, erupciones y eyecciones de masa coronal. Recientemente, SpaceX lanzó 49 satélites como parte del proyecto de Internet Starlink de Elon Musk. Pero desafortunadamente, la mayoría de los cubesats se perdieron y no llegaron a su órbita prevista. Esta falla costó más de US$50 millones y fue causada por una tormenta solar. Por lo tanto, las predicciones de la actividad solar son extremadamente importantes para planificar lanzamientos de satélites, misiones espaciales a largo plazo, predicción de exposiciones a la radiación en vuelos de aviones y muchas otras aplicaciones del clima espacial para vivir en armonía con un estado de ánimo tormentoso del Sol”, dice la Profesora Asociada de Skoltech, Tatiana Podladchikova, autora principal del estudio.

Los autores del estudio reciente en  Astronomy & Astrophysics  idearon un nuevo método para predecir la fuerza del ciclo solar de 11 años. El equipo demostró que la tasa máxima de crecimiento de la actividad de las manchas solares en la fase ascendente de un ciclo solar es un precursor eficaz de la amplitud del ciclo solar. Haciendo uso del nuevo catálogo de Números Hemisféricos de Manchas Solares, presentado recientemente por el equipo, demostraron que las predicciones de las amplitudes del ciclo solar son más precisas cuando la evolución de la actividad solar se considera por separado para los dos hemisferios del Sol. 

“El campo magnético solar es el motor del ciclo solar de 11 años y de las erupciones energéticas de nuestro Sol. Hemos aprendido de nuestro estudio que podemos obtener predicciones más precisas de la actividad solar cuando usamos datos de manchas solares hemisféricas, que capturan el comportamiento asimétrico y desfasado de la evolución del campo magnético solar en los hemisferios solares norte y sur”, dice la coautora del estudio Astrid Veronig, Profesor de la Universidad de Graz y Director del Observatorio Kanzelhöhe para la Investigación Solar y Ambiental.

El estudiante de doctorado de Skoltech y coautor del estudio, Shantanu Jain, destacó la importancia práctica de su nuevo estudio sobre las predicciones del ciclo solar: “Este estudio nos permite determinar con precisión la evolución del ciclo solar con mucha anticipación y prepararnos en caso de un evento de tiempo espacial extremo. Con la creciente dependencia de la tecnología en el siglo XXI, un evento meteorológico espacial extremo puede interrumpir nuestra vida diaria, ya que puede dañar las redes eléctricas, las líneas de comunicación y afectar a Internet, causando pérdidas económicas masivas. Sin embargo, las técnicas de predicción del clima espacial efectivas y precisas pueden ayudarnos a prevenir tales escenarios”.

“Nuestro trabajo confirma la gran importancia de un estudio independiente de los hemisferios del Sol y la recopilación regular de datos para ellos. También vale la pena señalar que nuestro método se puede utilizar en tiempo real, podemos predecir la amplitud del ciclo continuamente durante el desarrollo de la fase ascendente de un ciclo solar y actualizar la predicción cuando el último valor de la tasa de crecimiento es mayor que el anterior. Con los datos actualmente disponibles, predecimos que la estimación más baja de la amplitud del ciclo solar actual (n.° 25) será de 110±26, que es comparable con el ciclo solar anterior de 11 años (n.° 24)”, dice la coautora y graduada en Maestría en Ciencias de Skoltech, Olga Sutyrina, quien actualmente sigue su carrera como científica investigadora en Schlumberger.

“Tales predicciones a mediano plazo solo pueden basarse en series de datos del pasado que rastrean la evolución real del ciclo solar durante siglos. Específicamente, este trabajo aprovechó el número de manchas solares recientemente recalibrado de WDC-SILSO, combinado con información hemisférica recuperada del catálogo fotográfico de Greenwich. Esta combinación de datos produjo una base estadística aún más rica para construir esta nueva técnica de predicción”, comentó el coautor del estudio y Director del Centro Mundial de Datos SILSO, Frédéric Clette.

“Y sean cuales sean las tormentas que se desaten, les deseamos a todos un buen tiempo en el espacio”, concluyó Tatiana Podladchikova.

Eventos solares eruptivos el 30 de Enero de 2022, que llevaron a la falla de la nave espacial SpaceX Starlink.

Una gran región activa con un gran grupo de manchas solares en la superficie solar (SDO/HMI continuo).
Mapa de campo magnético con polaridad sur (negro) y norte (blanco) (magnetograma SDO/HMI).
Región de transición/corona silenciosa en el ultravioleta extremo con enormes bucles magnéticos enraizados en manchas solares en la fotosfera solar (SDO/AIA 171Å, 600 000 K).
Llamarada solar asociada en la capa de la corona solar solar con una temperatura de más de 1 millón de grados (SDO/AIA 193Å).
Llamarada solar asociada en la capa de la corona solar solar con una temperatura de más de 10 millones de grados (SDO/AIA 171Å)
Eyección de masa coronal asociada (SDO/AIA+SOHO/LASCO C2+C3)

Fuente: Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología (Skoltech).

Artículo original:A new method for predicting the 11-year solar cycle strength‘. Julio 1, 2022.

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