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Fulguraciones vistas desde Huancayo

La combinación de tonos verdes y amarillos que rasga el cielo cuando inicia una tormenta geomagnética, también conocida como tormenta solar, es un evento de particular e inusitada belleza, pero que a la vez impacta en las telecomunicaciones de la tierra. Se cree que su origen solo está en las eyecciones solares, gases disparados desde el sol hacia el espacio. Carlos Reyes, astrónomo peruano, estudia desde el observatorio de Huancayo cómo es que también las fulguraciones, estallidos en el sol, están relacionados a ellas y los cambios en el campo magnético de la tierra.

¿Un estallido que libera energía magnética en el sol, a 149 millones de kilómetros de distancia, puede impactar en el funcionamiento de las telecomunicaciones, el clima o la vida en la tierra? La respuesta, estudiada por la Nasa, es que sí. No en vano el sol es el eje del sistema en el que se orbita nuestro planeta.

A estos estallidos se les conoce como fulguraciones o llamaradas solares y su efecto en la tierra se pensaba solo posible mediante una eyección coronal de masa, una gran nube de gas magnética llena de partículas solares que sale despedida hacia el espacio. El postulado es que cuando la eyección está cargada y dirigida hacia la tierra produce tormentas geomagnéticas o tormentas solares.

Tormenta geomagnética no es un nombre que se aproxime ni remotamente al espectáculo visual que genera este fenómeno: rasgaduras de un óleo verde que va hasta tonalidades casi blancas o amarillas en el cielo de algunas regiones polares de la tierra. El esquema científico es el siguiente: al pasar por la ionosfera, las fulguraciones que alcanzan la tierra a través de rayos UV y X incrementan la densidad del gas ionizado y producen un aumento repentino del campo magnético cerca de la superficie terrestre o, a veces, son capaces de desprender material solar hacia la Tierra. Este es el origen de las tormentas.

Existen diferentes procesos que las fulguraciones tienen para afectar las actividades del campo magnético de la tierra: por el brillo de la fulguración, la erupción, la eyección de partículas, el viento solar, la eyección de masa coronal, así como otros fenómenos como el campo magnético interplanetario, los rayos cósmicos galácticos, los choques interplanetarios y los eventos de partículas energéticas solares.

Gosling, J. T propuso en el año 1993 que son las eyecciones de masa el elemento crítico que origina las grandes tormentas geomagnéticas, dejando de lado el influjo de las llamaradas o fulguraciones. Más adelante, concluyó que aunque no está claro cómo las fulguraciones solares afectan las actividades geomagnéticas, estas están bien correlacionadas con las fulguraciones solares. Tras esa estela partió nuestro estudio.

Observaciones desde Huancayo
En el Observatorio Magnético de Huancayo, operado por el Instituto Geofísico del Perú, ubicado a una altura de 3314 msnm, decidimos iniciar un estudio de las correlaciones entre las fulguraciones solares y los cambios en el campo magnético de la tierra. Uno de los objetivos que perseguimos fue ofrecer información más precisa para investigaciones sobre fallas en las telecomunicaciones peruanas que usan la ionosfera como ventana reflectora o la pérdida de calibración de equipos de medición sensibles.

El estudio que realizamos se basó en el análisis del índice de fulguración solar y su clasificación en rayos X, que fueron escogidas debido a su gran intensidad de radiación capaz de producir perturbaciones ionosféricas y también debido a la emisión de partículas cargadas liberadas durante la fulguración. Estos indicadores se compararon con los índices del comportamiento magnético terrestre, a partir de los Índices de Actividad Geomagnética Global Ap y el flujo magnético de dos componentes de la superficie terrestre: la componente vertical Z, perpendicular a la superficie y orientada hacia el centro del planeta y la componente horizontal, subdividida en una componente X dirigida hacia el norte y la componente Y dirigida hacia el este.

El campo magnético es medido por sus componentes horizontal y vertical en unidades de nanotesla (nT) y los registros son llamados magnetogramas. En el Observatorio de Huancayo se registran estos magnetogramas y los datos están disponibles en la red mundial de observatorios magnéticos llamado Intermagnet.

En detalle
De la observación diurna de la componente horizontal Z identificamos las perturbaciones del campo terrestre, provocadas por las fulguraciones solares. Esta variación diurna es producida por la radiación solar durante el día al interactuar con la atmósfera terrestre. En la Figura 2 se puede distinguir la forma de la variación diurna observado en Huancayo. La variación de la componente observada, la línea de color azul, se muestra como una curva más pronunciada al mediodía local y con una amplitud de 100 a 200 nT en promedio. Este dato nos permite identificar los días de perturbación local durante el periodo que escogimos para el análisis (2001-2010).

Comparamos esta observación con los índices de fulguración solar de la base de datos de la Administración Nacional Oceánica de los Estados Unidos. Los datos proporcionan el índice de fulguración en todo el disco solar durante el período que escogimos. Aquí consideraremos su valor promedio mensual.

Empleamos además los datos de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOOA) de los Estados Unidos sobre fulguraciones solares clasificadas por su intensidad en rayos X como función del tiempo, que indica el inicio, final y pico máximo de la fulguración.

Se ve que no todas las fulguraciones intensas son registradas simultáneamente en Huancayo con una alteración del campo magnético local. Ello puede ser debido a la ubicación de la fulguración sobre el disco solar 

Se ve que no todas las fulguraciones intensas son registradas simultáneamente en Huancayo con una alteración del campo magnético local. Ello puede ser debido a la ubicación de la fulguración sobre el disco solar o a la hora en que esta es registrada, debido al movimiento de rotación de la tierra. Otra posibilidad es que el efecto de las fulguraciones no se manifieste de manera instantánea sobre los equipos. Como el satélite GOES, que hace el registro en tiempo universal (UT), está a una distancia muy pequeña comparada con la distancia al Sol, las medidas deben ser prácticamente simultaneas entre lo registrado por el satélite y el observatorio de Huancayo.

Sin embargo, el índice no da información precisa del surgimiento de una fulguración (como la hora de inicio o final). En vez de ello muestra valores diarios que pueden o no estar asociados con una característica geomagnética también diaria, además los magnetogramas ya muestran una variación de hasta 200 nT en el campo magnético debido a la variación diurna.

En la figura 3 se aprecia una fuerte relación entre los promedios mensuales de los índices de fulguración y los índices de actividad magnética. A pesar de que los valores de ambos índices se han reducido debido al promedio mensual, se observa que la mayoría de los picos coinciden. Este resultado muestra que si bien la fulguración solar no produce siempre de manera simultánea una alteración del campo magnético, si lo hace en un tiempo posterior. Una posible explicación es que las emanaciones desencadenadas por la fulguración solar, como desprendimiento de partículas o incluso eyecciones de masa coronal, tardan días en llegar a la Tierra.

Figura 3. Promedios mensuales del índice AP (línea verde) y del índice de fulguración (línea roja) en el periodo 2001-2010.

Durante el periodo 2001-2010, para el 83.56% de las fulguraciones solares de clase X se observa una alteración notable en la componente horizontal del campo geomagnético

Analizando los magnetogramas de los días posteriores a las fechas de las fulguraciones solares, se pudo observar que en 52 casos se registraron perturbaciones notables en los equipos dos días después de la fulguración, mientras que en otros 9 estas perturbaciones se presentaron tres días después del evento de fulguración. Los casos que no mostraron una alteración notable del campo geomagnético fueron 12. Este resultado indica que el 83.56% de las fulguraciones solares mostraron anomalías en los magnetogramas a posteriori y sólo un 16.44% no presentaron perturbaciones notables.

Posibles explicaciones a este resultado de 16.44% son: a) que no todas las fulguraciones preceden a una fuerte eyección de partículas; b) que las partículas liberadas no viajaron dirigidas hacia la Tierra; y c) la perturbación no fue detectada por el Observatorio de Huancayo porque esta se amortiguó antes de ser registrada.

Los resultados de la figura 3 indican también que la relación entre los índices diarios no es simultánea y podría explicarse debido a que las partículas cargadas eyectadas durante la explosión y que producen una alteración del campo geomagnético, demoran un cierto tiempo en arribar a la tierra. Durante el periodo 2001-2010, para el 83.56% de las fulguraciones solares de clase X se observa una alteración notable en la componente horizontal del campo geomagnético registrado en el observatorio de Huancayo, después de dos e incluso 3 días después del evento.


Referencias
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Gosling, J. T. 1993, J. Geophys. Res., 98, 18937

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