A lo largo de la historia, la humanidad ha sido testigo en primera fila del fenómeno de las explosiones solares y sus efectos en la Tierra. Un ejemplo destacado ocurrió el 2 de septiembre de 1859, cuando personas en Europa y América del Norte se despertaron confundidas en medio de la noche, pensando que era de día debido a una intensa claridad exterior. Sin embargo, al mirar por las ventanas, se encontraron con un espectáculo impresionante: el cielo iluminado por auroras rojas, verdes y moradas tan brillantes que permitían la lectura como si fuera plena tarde. Estas auroras se avistaron incluso en lugares poco comunes como Cuba, las Bahamas, Jamaica y Hawai. Sin embargo, los efectos no solo fueron visuales, sino que también la tecnología de la época se vio afectada. Los cables telegráficos en Europa y Estados Unidos hicieron cortocircuito, y muchos trabajadores recibieron descargas eléctricas. Todo este caos provocó gran pánico y confusión en la población, ya que nunca habían presenciado ni experimentado algo similar. En ese momento, solo unos pocos entendían que el Sol era el responsable de esos sucesos, entre ellos el astrónomo inglés Richard Carrington. Un día antes de la perturbación, el 1 de septiembre, Carrington había estado observando las manchas solares a través de su telescopio, cuando notó la aparición de dos manchas de luz blanca intensa, tan brillantes como la luz solar directa. Este evento hoy en día se conoce como fulguración solar, pero ese momento, el astrónomo no sabía todo lo que ese fenómeno desencadena sobre la Tierra.
Años después, al analizar los hechos, se comprendió que el Sol había experimentado una épica explosión o tormenta solar, enviando una serie de partículas cargadas que chocaron contra la atmósfera de la Tierra. El campo magnético del planeta no pudo detener completamente estas partículas, lo que resultó en una tormenta que afectó a la Tierra de manera significativa.
¿Por qué suceden estos eventos?
Eventos como este son desencadenados por la relación que existe entre el Sol, la Tierra y el medio interplanetario, específicamente, por la dinámica que existe en el Sol, ya que al ser un gas muy caliente (plasma), se encuentra en movimiento constante tanto en su interior como en su superficie. Además, las manchas solares, aquellas regiones más oscuras en la fotosfera, como las que describió Richard Carrington en 1859, son una manifestación de campos magnéticos intensos que pueden desencadenar otros fenómenos conocidos como fulguraciones solares. Las fulguraciones son abrillantamientos o destellos de luz observados en todo el espectro electromagnético, pero cuya emisión predomina en rayos X. A menudo se acompañan de eyecciones de masa coronal, unas burbujas gigantescas de gas ionizado que alcanzan velocidades de más de 500 kilómetros por segundo.
Una fulguración solar puede emitir miles de millones de partículas cargadas, también son increíblemente calientes con temperaturas que alcanzan varios millones de grados centígrados, libera una gran cantidad de energía en diversas formas, como luz visible, rayos X y partículas cargadas. Estos eventos tienen lugar en la atmósfera solar, específicamente en las regiones conocidas como la cromosfera y la corona solar, ocurren cuando el campo magnético del Sol se tuerce en algunas regiones, en un momento se libera toda la energía reprimida. Así, la estrella emite luz y partículas principalmente electrones y protones, la mayoría duran minutos, pero algunas continúan durante horas, son uno de los fenómenos de mayor liberación de energía en el sistema solar que pueden desprender una cantidad de energía comparable a la de miles de millones de bombas nucleares en un corto período de tiempo. Durante una fulguración solar también se produce una emisión intensa de luz en distintas longitudes de onda (visible, rayos X, UV, etcétera).
La energía liberada durante la fulguración es absorbida por la ionósfera terrestre, y genera un incremento abrupto de su tasa de ionización. En consecuencia, la transmisión de ondas de radio en diferentes frecuencias puede verse afectada, dificultando así las radiocomunicaciones. El nivel de afectación depende básicamente de tres factores: 1) intensidad de la fulguración; 2) horario de ocurrencia, y 3) posición geográfica. La intensidad de las fulguraciones puede clasificarse de acuerdo con su brillo en rayos-X en tres tipos principales: C, M y X, siendo las de clase X las más energéticas. Además, cada letra tiene asociada una escala numérica del 1 al 9, para poder diferenciar subclases.
Es importante tratar de comprender que no es posible evitar que ocurran estos eventos en el Sol, pero es necesario buscar herramientas o modelos que nos ayuden a pronosticar el nivel de afectación que pueden desencadenar en la Tierra. Por ejemplo, organismos como la NOAA (National Oceanic and Atmosperic Administration) se han dado a la tarea de ingresar este campo de investigación para poder recolectar la información a través de misiones espaciales, instrumentos de observación, modelos y demás esfuerzos.
¿Cómo podemos predecir las afectaciones en la Tierra por estos eventos?
Como se dijo antes, los eventos de fulguración afectan las radiocomunicaciones porque cambian la densidad electrónica de la ionosfera, que actúa como reflector de las ondas de radio. La base de la ionosfera, la capa D, es la más afectada por los rayos X, esta región presenta variaciones sistemáticas de la densidad electrónica como son: variaciones del día y la noche, mensuales, anuales, estacionales, etcétera. Estas variaciones afectan moderadamente a las radiocomunicaciones en alta frecuencia; sin embargo, las perturbaciones esporádicas asociadas a tormentas solares, como lo son las fulguraciones, pueden causar un bloqueo total de algunas señales.
Por lo tanto, para poder minimizar o prevenir las afectaciones a las radiocomunicaciones por eventos de fulguraciones solares, se desarrollan modelos que pronostiquen las bandas de radio que van a ser afectadas, así como el nivel de atenuación de las señales. Por ejemplo, la NOAA tiene un modelo denominado DRAP (D-Region Absortion Prediction) que estima el nivel de impacto que sufren las distintas frecuencias de la banda de radio. En este modelo, la máxima frecuencia afectada es aquella que sufre una atenuación de 1 decibel (dB) durante su propagación a través de la atmósfera (troposfera, mesosfera y la termosfera). La máxima frecuencia afectada por los rayos X se da en el punto subsolar, que es donde la energía del Sol se concentra. En este cálculo se compara la perdida de energía de las señales de radio transmitidas a diferentes frecuencias en el momento que ocurrieron las fulguraciones. Con estos cálculos se pueden generar mapas en donde con un simple vistazo se identifica el rango de afectación.
Estos mapas son guardados en una base histórica que puede ser utilizada en diversos análisis que alimenten modelos complementarios para pronosticar las afectaciones en diferentes latitudes de la Tierra, y con ello contribuir con la generación de alertas para las empresas e instituciones que utilicen las radiocomunicaciones y la infraestructura tecnológica en general.
