Los sorprendentes fenómenos de las tormentas geomagnéticas en la ionosfera

Las erupciones solares, pueden enviarnos nubes de material y partículas cargadas eléctricamente hacia la Tierra a alta velocidad, es lo que denominamos una eyección de masa coronal o CME, produciendo tormentas geomagnéticas que, entre otras cosas, desencadenan hermosas auroras boreales y australes. Pero estas tormentas geomagnéticas también pueden tener un fuerte impacto en la eficiencia de los sistemas de comunicación y navegación en altas latitudes. Por lo tanto, es importante el estudio de estos fenómenos.

Una nueva investigación de DTU Space y la Universidad de New Brunswick (Prof. Richard Langley), el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (Dr. Attila Komjathy) y la Universidad de Illinois (Dr. Mark D. Butala) muestran aparentemente el mecanismo en juego durante las tormentas geomagnéticas. Durante estas tormentas, grandes ráfagas de electrones suelen ser enviados a la parte de la atmósfera terrestre llamada ionosfera, a unos 80 kilómetros de altura. Este fenómeno ocurre especialmente en latitudes altas. Esto ocurre porque el campo magnético que acompaña la erupción solar interfiere con el campo magnético de la Tierra. Se abre, por así decirlo, permitiendo que las partículas y los electrones, que de otro modo serían reflejados, penetren en la ionosfera.

Vídeo animación de la formación de una tormenta geomagnética:

Este es un fenómeno bien conocido. Pero resulta que los electrones al mismo tiempo desaparecen de grandes áreas, lo que no se ha demostrado antes.

El equipo de investigación hizo mediciones extensas en relación con una tormenta solar específica sobre el Ártico en 2014, y descubrieron que los electrones en grandes cantidades son prácticamente limpiados, vaciando áreas que se extienden de 500 a 1.000 kilómetros. El fenómeno tiene lugar al sur de una zona con fuertes aumentos en la densidad de electrones, conocidos como parches.

En relación con las erupciones solares, se producen grandes variaciones en la densidad de electrones en la ionosfera sobre Groenlandia, lo que interfiere con las señales de navegación GPH (General Purpose Hand), así como con las comunicaciones de vuelo y satélite. La figura (derecha) muestra una gran densidad electrónica en rojo y una densidad menor en azul. Este fenómeno da lugar a altas velocidades de electrones en la ionosfera, superando los 1.000 metros por segundo (izquierda) y dando lugar a violentas explosiones de energía. Por primera vez, los investigadores han conseguido demostrar la existencia del fenómeno, que todavía no se pude explicar. Crédito: DTU Space

“Podemos ver que sucede, pero no sabemos por qué. Sin embargo, otros conjuntos de datos de Canadá indirectamente apoyan nuestras nuevas observaciones “, dice Per Høeg.

La explicación del fenómeno debería encontrarse probablemente en los procesos geomagnéticos en el campo magnético de la Tierra en una dirección alejada del Sol. La composición del campo magnético experimenta cambios dramáticos en el área entre el viento solar y el campo magnético de la Tierra, provocando una poderosa explosión de energía.

Como la tormenta geomagnética tuvo lugar en la ionosfera sobre el Ártico en febrero de 2014, se midió a través de satélites y estaciones de medición terrestres. Entre otras cosas, a través de la red GPS GNET en Groenlandia, que DTU ayuda a ejecutar a través de las estaciones de medición geomagnética de DTU, el sistema de navegación global GPS y varios satélites estadounidenses y canadienses. Así, se registraron grandes volúmenes de datos de la tormenta.

“La investigación se extiende mucho más allá del descubrimiento de que los electrones se extraen durante las tormentas geomagnéticas. Hay dos aspectos de esta investigación que pueden ser utilizados para varios propósitos prácticos, y luego hay una parte teórica que trata de lograr una mejor comprensión básica de estos fenómenos”. dijo Tibor Durgonics, estudiante de doctorado en DTU Space y autor principal del nuevo artículo en Radio Science.

El trabajo puede contribuir a hacer la navegación más fiable durante las tormentas geomagnéticas en la región ártica. La nueva investigación permite identificar una serie de factores críticos que afectan a la calidad de la navegación por satélite y para evaluar la probabilidad de cuando estos factores entrarán en juego.

En un nivel más teórico, el descubrimiento que durante las tormentas solares los electrones se eliminan en la ionosfera ha soprendido, pues es lo contrario de lo que intuitivamente se podía esperar. El conocimiento sobre las tormentas geomagnéticas es importante, ya que la comunicación con señales aerotransportadas a través de satélites y radio desempeña un papel cada vez más importante en la sociedad. Las tormentas geomagnéticas  pueden interferir con los satélites GPS y sus señales, hacer imposible la comunicación de radio, y causar fallos electricos extensos.

El riesgo de interrupciones en la ionosfera es una de las razones por las que no se realizan vuelos de rutina sobre el Ártico, aunque esta ruta aérea acortaría los viajes aéreos entre Europa y América. Las señales de alta frecuencia (HF) utilizadas por los vuelos comerciales sobre Groenlandia, están sujetas a interferencias durante las tormentas geomagnéticas. Por lo tanto, la capacidad de predecir y tener en cuenta este tipo de condiciones es importante para el futuro tráfico aéreo comercial en la región, y lo mismo se aplica al tráfico marítimo en el Ártico.
El profesor Per Høeg espera que el trabajo realizado en DTU Space, además de asegurar un mayor conocimiento sobre el fenómeno, contribuya al desarrollo de sistemas de comunicación y navegación que puedan tener en cuenta las condiciones durante las tormentas geomagnéticas para garantizar vuelos seguros y navegación en las zonas polares.

DTU Space participa actualmente en varios proyectos de investigación en el marco de la ESA y el programa Horizonte 2020 de la UE, que desarrollan sistemas que pueden manejar las condiciones de meteorología espacial y las tormentas geomagnéticas para el tráfico aéreo entre otras cosas.

Los resultados de la investigación se publicaron recientemente en la portada de la reconocida revista científica Radio Science la cual aporta contribuciones científicas originales sobre la propagación electromagnética de radiofrecuencia y sus aplicaciones.

El descubrimiento es una nueva pieza en el rompecabezas de la comprensión de las tormentas geomagnéticas y su impacto en la ionosfera de la Tierra.

-ÚLTIMOS AVANCES Y FUTURO EN LA COMPRENSIÓN DE LA IONOSFERA:

http://blog.meteorologiaespacial.es/2016/12/15/ultimos-avances-futuro-la-comprension-la-ionosfera/

Fuente: http://www.dtu.dk/english/news/2017/03/solar-storms-trigger-surprising-phenomena-close-to-earth?id=8ad59676-0821-46a6-a868-28ac6c429f0a

GAME Web: http://www.meteorologiaespacial.es/

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