Investigadores de la UBA buscan predecir las tormentas geomagnéticas

Con dos detectores instalados en la Antártica, un equipo de la UBA, el CONICET y del Instituto Antártico, puede advertir a tiempo sobre tormentas solares. Estas tormentas magnéticas tienen la capacidad de generar cuantiosos daños en los satélites, generar interferencias en aviones, e incluso perturbar o desconectar en la red eléctrica.

Casi todo en la vida cotidiana es tan dependiente de la electricidad y de las telecomunicaciones, que cuando se cortan, aunque sea por breves lapsos, tiene la capacidad de desbaratar el día a día de la sociedad. Pero, si esos cortes son largos, el caos puede llegar a ser total.

Un peligro latente que podría generar ese tipo de caos son las súper tormentas geomagnéticas originadas en del Sol. Como se ha ficcionalizado en la serie de El Eternauta, este tipo de eventos, cuando son especialmente severos, puede llegar a desestabilizar toda la red eléctrica, generando apagones totales.

Estas nubes magnéticas que llegan del Sol, incluso las más leves, producen un daño constante en los satélites, vitales para las telecomunicaciones y la navegación por GPS. Pero también generan problemas en los aviones, afectando sus sistemas eléctricos, interrumpiendo la comunicación, y complicando la navegación.

Un equipo de investigadoras e investigadores de la Universidad de Buenos Aires estudia esta problemática centrándose en la medición de los rayos cósmicos, que ayudan a monitorear y predecir la intensidad de las tormentas geomagnéticas. Es lo que se conoce como clima o meteorología del espacio.

Con dos detectores instalados en bases argentinas de la Antártida, pueden medir la llegada de los rayos cósmicos en tiempo real. Esto permite que a futuro se pueda usar como una especie de radar meteorológico que advierta de riesgos como las tormentas solares severas, tal como ocurre con los sistemas tradicionales de meteorología a nivel terrestre.

Pronóstico salvador

“En el mundo hay cada vez más interés en estos temas. En el país incluso se empieza a notar una demanda desde lo aeroespacial, y de la aviación civil”, contó Sergio Dasso, director del Laboratorio de Meteorología del Espacio, parte del Instituto de Astronomía y Física del Espacio de la UBA (IAFE UBA-CONICET), del que Dasso también es director.

“En este momento hay cuatro consorcios que ofrecen información constante sobre las condiciones y pronósticos de la meteorología del espacio. Yo participé de cerca en las auditorías que se hicieron para su creación. La información que ofrecen ayuda a la toma de decisiones en la aeronáutica civil, como por ejemplo cancelar o desviar un vuelo polar, o estar prevenidos frente a posibles cortes en la comunicación entre los aviones y la torre de control”, explicó Dasso.

Las tormentas solares pueden generar problemas de comunicación en los aviones, incluso interrumpirla por completo. Si el piloto no estaba al tanto de que podía llegar una tormenta magnética, pensará que hay un problema del instrumental, entonces buscará aterrizar lo antes posible.

Pero si contaba con una alerta previa, sabe que podrá durar minutos, o incluso una hora, pero que es algo pasajero. Lo mismo cabe para una torre de control, que está al tanto de que un avión puede desaparecer del radar por la tormenta solar, y no por un accidente.

“Los aviones, por las alturas a las que viajan, reciben altos niveles de radiación. En especial en los que son transpolares. El problema es la radiación acumulada, como sucede en las centrales nucleares. Si uno va de visita, no pasa nada. Lo mismo con los pasajeros de un avión. Pero para la tripulación, o pasajeros frecuentes, sí puede ser un problema. Frente a un evento extremo, como una tormenta solar severa, la aerolínea puede decidir suspender el vuelo”, contó Dasso.

Rayos cósmicos delatores

Dasso y su equipo estudian la llegada de los rayos cósmicos a la tierra gracias a dos detectores instalados en la Antártida. Cada segundo nuestro cuerpo es atravesado por unos 20 de esos rayos. Su flujo desde fuera del sistema solar es tan constante, que cualquier variación en su llegada permite a los científicos predecir lo que ellos llaman el clima o la meteorología del espacio, y así conocer con antelación cuándo y cómo nos afectará una tormenta solar.

“Los rayos cósmicos son partículas muy energéticas que tienen su origen fuera de la Tierra”, explicó Dasso. “Cuando llegan a nuestro planeta tienen que pasar a través del campo geomagnético, que puede desviarlos o rechazarlos dependiendo de su energía. Y luego a través de la atmósfera que los descompone en partículas secundarias”.

“Cuando llegan a esta última, a unos 30 kilómetros de altura, empieza lo que se llama lluvia o cascada de rayos cósmicos. Cada rayo primario se va descomponiendo en otros secundarios formando una especie de ramificación en su caída hacia la superficie llegando a un máximo de partículas secundarias a unos 10 kilómetros de altura, y luego empieza a disminuir hasta que no llegan tantos a la superficie”, contó el experto.

“Ahora, esos 10 kilómetros de altura es justo la altura a la que vuelan los aviones, por una cuestión de tienen menos fricción y pueden ir más rápido y consumir menos combustible. Es por ello que las tripulaciones de los vuelos con rutas más cercanas a los polos deben estar al tanto de la radiación acumulada, y de que durante una tormenta solar, podrían llegar a recibir el equivalente a unos 10 vuelos en radiación”, explicó Dasso.

Cuando ocurre una tormenta solar, el Sol expulsa una nube de plasma magnetizado que puede ser disparada en dirección de la posición de la Tierra. Es la actividad solar normal, a veces pueden ser leves, y otras muy severas. El paso de esta nube de plasma genera un decrecimiento importante en el flujo de rayos cósmicos, que se puede observar gracias a detectores como los que instaló el IAFE en la Antártida.

Se eligió el continente blanco para instalarlos porque es el mejor lugar para medir los rayos cósmicos. Es que el escudo protector que tiene la Tierra, el campo geomagnético, rechaza a una gran cantidad de esos rayos, pero otros son desviados hacia los polos. Su intensidad aumenta con la latitud, por ello la cantidad de rayos cósmicos que llegan al ecuador es muchísimo menor a los que se pueden medir en la Antártida.

La UBA, en colaboración con el Instituto Antártico, instaló su primer detector en 2019. Funciona en la Base Marambio de forma ininterrumpida desde ese entonces. En el verano de 2024, el mismo equipo instaló el segundo detector cerca de la Base San Martín.

Meteorología del espacio

“Hay dos aspectos de gran interés por los cuales la meteorología del espacio se ha vuelto importante para la sociedad. Una es la radiación constante que llega en forma de rayos cósmicos, y la otra son los súper eventos como las tormentas solares severas. Ambos pueden afectar a la atmósfera, a la tecnología de las telecomunicaciones y a la electricidad”, contó Dasso.

“Uno de los últimos eventos llevó a inutilizar 50 satélites de los de Elon Musk, que se usan para internet. La atmósfera se calentó, por una mayor actividad solar, y eso llevó a que se expanda”, explicó Dasso. “Esos micro satélites de Musk están preparados para viajar por el vacío del espacio, y al verse embebidos por la densidad más alta de la atmósfera llevó a que se frenen, y al hacerlo perdieron el control de la órbita y se cayeron”.

A veces no hace falta que se trate de una tormenta solar, o una gran llamarada solar, con que aumente su actividad, eso le da energía extra a la atmósfera. Esto lleva a que las capas de alta densidad de la atmósfera se muevan para arriba, a una región donde no suelen estar, y que es donde se mueven los satélites de órbitas bajas. La fricción extra de una atmósfera más densa hace que terminen dañándose, o terminan saliendo de su órbita, y cayendo.

La meteorología del espacio ayuda a saber cuándo hay más o menos actividad solar para poder prevenir un evento como este, si bien a veces pueden ser tan repentinos, más relacionados con una tormenta geomagnética, que no le da tiempo a que los satélites puedan cambiar su órbita.

Pero las tormentas también pueden dañar a satélites más grandes. “Los que están en órbitas altas se enfrentan a un problema mayor que son las partículas energéticas. Estas pueden producir chispas capaces de generar comandos fantasma, a producir daño en los sistemas informáticos del satélite, incluso llegar a dañarlos en forma definitiva”, explicó Dasso.

“Los comandos fantasma son órdenes que pueden llevar a que se apaguen las antenas, o se cierren los paneles de energía solar”, agregó. “Es que los satélites suelen tener sistemas informáticos simples, a veces con una chispa puede cambiar la orden de 0 a 1, y eso lleva a que se desconecte, o se quede sin energía por haber apagado los paneles solares”.

Las tormentas solares son otro cantar

Las llamadas tormentas geomagnéticas que pueden azotar a la Tierra son una consecuencia de la actividad solar. Se puede hacer un seguimiento, y saber cuándo podrá llegar una a la Tierra, pero a veces son tan repentinas que no da el tiempo para prepararse, y en el caso de los super eventos catastróficos no hay mucho que hacer por más que se sepa con antelación.

“Simplificando”, dijo Dasso, “El sol tiene una estructura magnética que se llama corona solar. Cuando las líneas de campo en la corona se empiezan a retorcer, estas regiones se agrandan y emerge campo magnético desde dentro del Sol. Surgen estructuras que se suele llamar manchas solares. Estas pueden crecer hasta ser superestructuras, que indefectiblemente va a ser eyectada. Y si justo estaba apuntando a la Tierra, es lo que llamamos tormenta solar”.

“Esas estructuras pueden ser observadas y les hacemos un seguimiento. No es fácil anticipar cuándo se va a eyectar, porque tienen una inestabilidad muy compleja. Pero se sabe que en algún momento lo hará, por lo que se le hace seguimiento para ver si cuando lo haga, estará apuntando hacia la Tierra”, explicó Dasso.

“Una vez que esa estructura se desestabiliza generalmente puede tener tres efectos. Uno es la fulguración solar, que incrementa fuertemente el flujo de radiación electromagnética. Esta tiene tres bandas, rayos X, ultravioleta, y radio. Si un flujo normal es de 100, en estos eventos puede llegar a 1000 o a 10.000, ya este último siendo catastrófico”.

“Por último, la eyección de masa solar magnetizada puede ser eyectada en dirección a la Tierra”, precisó. “Estas estructuras suelen tardar de 3 a 4 días en llegar a la Tierra, y las perturbaciones que generan al llegar al planeta pueden producir efectos en el tendido eléctrico, entre otros efectos a tecnologías. Al saber que hay estructuras solares importantes, se puede esperar que exista la posibilidad de que terminen en una tormenta geomagnética dirigida a la Tierra”.

“Si tenés un buen sistema de pronóstico, se le puede dar una orden de apagar algunos equipos, a los satélites, para que eso no genere daños en los comandos. Pero lo que es deterioro de los materiales, es acumulativo. Y en eventos como las tormentas, es como haber sufrido un año de emisión en un día”, contó el experto.

El equipo del IAFE en la Antártida.

“Hoy en día se está viendo un crecimiento de la dependencia de la humanidad con lo que es el espacio. Por ejemplo, en nuestro país se están vendiendo equipos tipo tractores o cosechadoras que se guían por GPS. Entonces, tenés una de estas tormentas violentas y capaz que el GPS se confunde. Si no tenés una alerta para que ese día no se coseche, por ahí se confunde de ruta y va para cualquier lado”.

“Un cajero automático también depende del GPS para poner la etiqueta de tiempo, entonces si se le cae el GPS, no te va a permitir hacer operaciones”, agregó. “Es decir, un evento importante, puede llegar a producir un corte importante en las comunicaciones. Y si es muy masivo, puede generar cortes masivos de electricidad”.

“Es que estas tormentas producen variaciones geomagnéticas en el planeta. Generan perturbaciones en las corrientes telúricas, que son las corrientes eléctricas que van por debajo de la Tierra”, explicó. “Esas perturbaciones pueden generar diferencia de potencial, y producir descargas en transformadores, y daños en los sistemas de conducción eléctrica”. 

El equipo del IAFE y el Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA, pudo medir varios de estos eventos importantes el año pasado. 

“Hubo uno en marzo de 2024, y otra en mayo de 2024”, contó Dasso. “Esta última incluso llegó a generar auroras en Ushuaia. En octubre del año pasado también pudimos medir tres de esas nubes magnéticas eyectadas por el Sol, dependiendo su velocidad unas tardaron varias horas en llegar, y otras dos días. Fueron muy rápidas”.

“Nosotros desde hace varios años hacemos lo que se llamamos servicios proto operativos. Es decir, tenemos paneles públicos en los que se pueden ver diferente productos en tiempo real, productos originales creados en el grupo, esto permite hacer un monitoreo en tiempo real la actividad solar y la medición de rayos cósmicos, entre otras cantidades de interés”, contó Dasso. 

“Decimos proto, porque para que sea algo como el servicio meteorológico nacional, deberíamos tener la posibilidad de ofrecer el servicio las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Pero para ello necesitamos muchos más recursos, tanto técnicos como humanos, lo que implica una financiación que no tenemos. Si bien nosotros hacemos principalmente investigación, ofrecemos un servicio de boletines con un resumen semanal”.

“Si bien eso no te sirve para tomar decisiones, sí para investigación, y para dar el primer paso hacia, o sea, vos no podés hacer meteorología del espacio operativa de la nada. El impulso que necesitamos es una fuente de financiación estable, no solo para poder mantener ese servicio, sino también para la investigación que hacemos a diario con la información que obtenemos de esos detectores”, concluyó Dasso”.