¿QUÉ SON LAS TORMENTAS DE RADIACIÓN SOLAR?

Una tormenta de radiación Solar también conocido como un evento de protones solares o SPE (Solar Particle Event) Suele producirse después de intensas fulguraciones solares o incluso de algunas eyecciones de masa coronal (CME’s) cuando los protones consiguen ser impulsados a velocidades increíblemente altas hasta 1/3 de la velocidad de la luz  (unos 100.000 km/s)

Aunque el término SEP engloba las partículas energéticamente cargadas (como los electrones y  protones) viajando mucho más rápido que el ambiente de partículas en el plasma espacial, dicho término “SEP” generalmente se refiere a protones.

Estas tormentas de radiación ionizante en su máxima expresión pueden atravesar la distancia entre el Sol y la Tierra (unos 150 millones de kilómetros) en tan solo decenas de minutos y puede persistir por períodos de tiempo que van desde horas a días, así que desde GAME trataremos de explicar de forma sencilla como detectamos una tormenta de radiación y qué tipo de efectos tiene sobre nosotros y las tecnologías este evento.

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Las escalas para las tormentas de radiación:

NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) es el referente en la climatología terrestre y la meteorología espacial, utiliza un sistema de cinco niveles de intensidad de menor a mayor con una base alfanumérica del S1 al S5. Esto nos indicará la magnitud, gravedad y afectación de una tormenta de radiación Solar.

Cada nivel tiene una unidad “pfu” (protón flux unit) asociado con él. Por ejemplo: Los niveles de tormenta de radiación espacial S1 se alcanzan cuando el recuento de pfu 10 MeV (es decir, penetración de traje espacial) alcanza un valor de 10 a altitudes de satélites geoestacionarios. Hay que tener en cuenta que esta escala es en realidad logarítmica. Lo que esto significa es que un evento de protones moderado (S2) se produce cuando el flujo de protones alcanza 100 pfu, no 20! Para una fuerte (S3), se requiere un pfu de 1000 pfu.

A menudo mencionamos esta escala en las tormentas de radiación en GAME, por lo que es aconsejable familiarizarse con su influencia.

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Frecuencia media con la que se producen estos eventos de protones SPE: ~ Por cada ciclo solar de 11 años: S1 = 50 veces S2 = 25 veces S3 = 10 veces S4 = 3 veces S5 = 1 vez o menos.

Los Peligros de una tormenta de radiación:

Ante todo y en primer lugar que quede claro, las tormentas de radiación NO son peligrosas para los seres vivos en la superficie de la Tierra.

Estamos protegidos de estas tormentas por el campo magnético Terrestre y además, por un elemento más importante todavía, una atmósfera densa.

Uno de los principios y características fundamentales de la atmósfera, es que cuanto más te alejas del suelo, menos densidad de aire hay, y por ello a medida que se incrementa la altitud respecto al mar, paulatinamente se va incrementando la cantidad de partículas que consiguen descender tras un evento SPE.

Esto implica que durante fuertes tormentas de radiación se incrementa el riesgo para las personas que se encuentran viajando en los vuelos transpolares, ya que reciben una dosis más alta de radiación de lo normal cuanto más cerca están de los casquetes polares (Ya que es ahí donde se va depositando la radiación ionizante).

Los vuelos transpolares a veces tienen que ser desviados o cancelados debido a estas tormentas de radiación cuando son muy fuertes. Otro efecto asociado a estas tormentas de radiación es que pueden causar algunos problemas de telecomunicaciones sobre estas zonas polares, ya que la ionosfera absorbe la radiación y dificulta las señales de alta frecuencia, comunicación por radio y sistemas GPS, aparte de que pueden dañar irreparablemente los paneles solares de los satélites.

Añadimos como datos curiosos, ¿La ruta aérea más radioactiva? Argentina-Nueva Zelanda /Desvio del tráfico aéreo por una tormenta solar.

En las capas superiores de la atmósfera terrestre:

Estos protones impulsados por SPE son también una amenaza biológica potencial para los astronautas, en particular durante sus actividades extravehiculares (paseos espaciales), que quedan prohibidos mientras se guarecen en zonas de la ISS (a unos 400 Km de altura) más protegidas contra la radiación con escudos de plomo. Esta radiación puede penetrar en los trajes espaciales e incluso en las naves espaciales, por eso los satélites en el espacio también son vulnerables, ya que estos protones van degradando progresivamente la eficiencia de los paneles solares. A bordo un circuito electrónico puede funcionar mal y los protones crearán ruido estático en los sistemas de seguimiento.

Los niveles de radiación en órbita terrestre baja aumentan con la inclinación orbital. Por lo tanto, cuanto más cerca se aproxima una nave espacial a las regiones polares, mayor será la exposición a la radiación energética del protón.

 

¿Como se observan y registran las tormentas de radiación?

En la imagen gif se muestra un buen ejemplo lo que observamos en los satélites  durante las tormentas de radiación.

Abajo y de izquierda a derecha vemos algunas imágenes a través del instrumento LASCO del satélite SOHO. A la izquierda se ve cómo las imágenes se ve normalmente cuando no hay tormenta de radiación espacial (niveles de partículas de fondo con energía insuficiente para penetrar el campo magnético de la Tierra). A la derecha, se muestra lo que sucede dependiendo de la magnitud del evento.  La alta cantidad y energía de los protones chocando en el sensor de la cámara,  crea un ruido en las imágenes haciéndolas casi opacas.

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En la siguiente imagen GIF se muestra lo que ocurre con los instrumentos de imagen en el espacio durante este tipo de tormenta solar, cuando una potente fulguración X generó la nube de partículas. Como se puede ver, las imágenes antes de la fulguración son perfectamente nítidas, pero justo después de la fulguración los sensores se saturan tras el impacto.

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Registro de flujo de protones en el satélite GOES 11 (Geostationary Operational Environmental Satellite) del programa estadounidense del National Weather Service “NWS” de la NOAA ubicado a 35.786 kilómetros por encima del ecuador de la Tierra y siguiendo la dirección de la rotación de la Tierra 135 °W sobre el océano Pacífico.

Se observa claramente la onda de choque generada por las partículas de alta energía con una duración de más de 48 horas de afectación.

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Ejemplo de una tormenta de radiación de tipo S4 ocurrida en 2003. La línea discontinua que marca 10^1, es el límite para S1, y de ahí en adelante. La línea roja marca el nivel establecido y cuando dicho nivel rebasa por completo la gráfica, entonces la verde y azul definen si es S5 o no.

 

Afectación en la Ionosfera:

Los protones son partículas cargadas y, por tanto, son influenciados por campos magnéticos. Cuando estos  entran en la magnetosfera de la Tierra son guiados hacia las regiones polares donde la mayoría de las líneas de campo magnético de la Tierra entran y salen.

Los protones energéticos que se dirigen a las regiones polares chocan con los constituyentes atmosféricos y liberan su energía a través del proceso de ionización. La mayor parte de la energía se extingue en la región extrema inferior de la ionosfera (alrededor de 50-80 km de altitud). Esta área es particularmente importante para las radiocomunicaciones ionosféricas porque este es el área donde se produce la mayor parte de la absorción de energía de la señal de radio. La ionización mejorada producida por los protones energéticos entrantes aumenta los niveles de absorción en la ionosfera inferior y puede tener el efecto de bloquear completamente todas las comunicaciones de radio ionosféricas a través de las regiones polares. Tales eventos se conocen como eventos de Absorción de Cap Polar (o PCAs). Estos eventos comienzan y duran mientras la energía de los protones entrantes a aproximadamente 10 MeV  exceda aproximadamente 10 pfu en altitudes satelitales geosincrónicas.

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Nivel de absorción dirigido al impacto operacional del flujo de rayos X solar y acontecimientos de SPE en la comunicación de radio de HF. Las comunicaciones de largo alcance que utilizan ondas de radio de alta frecuencia (HF) (3 – 30 MHz) dependen de la reflexión de las señales en la ionosfera. Las ondas de radio se reflejan típicamente cerca del pico de la capa de F2 (~ 300 kilómetros de altitud), pero a lo largo del camino al pico de F2 y detrás la señal de la onda de radio sufre la atenuación debido a la absorción por la ionosfera intermedia.

Los eventos de protones más severos pueden ser asociados con tormentas geomagnéticas que pueden causar una interrupción generalizada a las redes eléctricas. Sin embargo, los eventos protónicos en sí mismos no son responsables de producir anomalías en las redes eléctricas, ni son responsables de producir tormentas geomagnéticas. Las redes eléctricas son sólo sensibles a las fluctuaciones en el campo magnético de la Tierra.

Las explosiones de protones solares extremadamente intensas capaces de producir protones energéticos con energías superiores a 100 MeV pueden aumentar las tasas de recuento de neutrones a nivel del suelo a través de efectos secundarios de radiación. Estos eventos raros se conocen como mejoras a nivel del suelo (o GLE). Algunos eventos producen grandes cantidades de iones HZE, aunque su contribución a la radiación total es pequeña en comparación con el nivel de protones.

Actualmente NO hay evidencia científica sustantiva que sugiera que los eventos energéticos del protón son perjudiciales para la salud humana en los niveles del suelo a través del GLE, particularmente en latitudes donde reside la mayor parte de la población de la Tierra. El campo magnético de la Tierra es excepcionalmente bueno para evitar que los efectos radiativos de las partículas energéticas alcancen los niveles del suelo.

 

2 comentarios sobre “¿QUÉ SON LAS TORMENTAS DE RADIACIÓN SOLAR?

  • el junio 22, 2015 a las 1:33 am
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    ¡Mil gracias por esta información! Perfectamente entendible, y muy interesante.

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  • el junio 22, 2015 a las 5:06 pm
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    POR FIN ENTIENDO MUCHISIMAS GRACIAS POR ESTA INFORMACIÓN , SOBRE LOS PROTONES ENTIENDO MUY BIEN POR QUE SOY FARMACÉUTICA , Y ME ASUSTO UN POCO , YA QUE SÉ QUE LA BOMBA ATÓMICA FUE FABRICADA CON UNA PRESIÓN MUY GRANDE DE PROTONES H+

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