La previsión del letargo solar y de su futuro próximo (2)

El ciclo solar 24 está siendo muy débil y quizás ni siquiera haya ciclo solar 25 en su momento previsto ¿Por qué está sucediendo todo esto con el Sol?

Hallar una causa de la variabilidad solar es una gran tarea para la física solar. La culpa del letargo solar la tendría algo bien sencillo pero que hasta hace poco tiempo se desconocía bastante. Todo cobra sentido si consideramos que el baricentro del sistema solar podría ser el causante de la gran variabilidad de la actividad del Sol.

El baricentro del sistema solar es un punto en el espacio en donde las masas del Sol y los planetas están en equilibrio; donde las fuerzas gravitatorias de todos los cuerpos del sistema solar se neutralizan. Como los planetas giran alrededor del Sol y van cambiando de posición en el espacio, ese punto también se va desplazando y forma un patrón que tiene características que se pueden calcular de manera matemática y muy precisa. La astronomía es una ciencia muy exacta. En este momento, el baricentro del sistema solar está transitando la superficie del Sol. El núcleo del Sol es denso y por lo tanto se mueve algo independiente de las capas superiores (Figura 8).

Movimiento del baricentro del Sistema Solar

Figura 8. Movimiento del baricentro del Sistema Solar desde el año 1944 hasta el año 2020

El baricentro está ubicado en la región ocupada por el sol. A veces está dentro del núcleo del Sol mismo, pero otras veces, cuando todos los planetas están alineados a un lado del sol, sumando linealmente sus fuerzas de gravedad, podría llegar a estar a unos 500.000 kilómetros de la superficie del sol. Este punto de equilibrio puede estar algunas veces dentro del núcleo del sol, pero la mayor parte del tiempo se ubica fuera del mismo, hasta una distancia de unos 1,3 millones de kilómetros. Los astrónomos han determinado la manera en que el baricentro evoluciona alrededor del Sol describiendo curvas circulares semi-concéntricas, que toman formas algo caóticas o irregulares, y otras veces adoptan la forma de tréboles bastante uniformes con dibujos armoniosos y hasta simétricos.

Durante estos últimos ciclos solares, el cambio de polaridad del campo magnético solar está siendo más “costoso”, es decir, la intensidad ha ido disminuyendo progresivamente y por ello en este ciclo solar 24 la cantidad de manchas solares ha disminuido. ¿Por qué se produciría entonces?

La comparación entre la forma de las curvas que forma con el tiempo el movimiento del baricentro y los hechos históricos relacionados con el clima, prueba de que durante los episodios en los cuales el baricentro transitó a lo largo de órbitas ordenadas (o en forma de trébol) alrededor del Sol, su actividad y emisión energética fue máxima y el clima terrestre tendió hacia el calentamiento (Figura 9). Asimismo estas comparaciones comprueban que durante los episodios durante los cuales el baricentro se movió de modo caótico alrededor del sol, la emisión energética del sol fue mínima y estos últimos episodios coincidieron con las mínimas temperaturas conocidas en el planeta para el último milenio.

Patrones del movimiento del baricentro del Sistema Solar

Figura 9. Patrones del movimiento del baricentro del Sistema Solar. Se puede observar unos periodos en los que el baricentro realiza movimientos en forma de “trébol” (imágenes superiores), y otros en los cuales el baricentro realiza movimientos en forma “deforme” (imágenes inferiores). Todos los mínimos solares conocidos coinciden en periodos en los que el baricentro realizaba movimientos asimétricos o caóticos.

Entonces podríamos decir que el cambio del centro de gravedad afectaría al movimiento de las capas internas, en este caso hablaríamos de la “tatoclina”, lugar donde la capa radiante y capa de convección friccionan para formar campos magnéticos. Cuando el Sol entra en un mínimo, su campo magnético disminuye y aumenta el paso de rayos cósmicos que llegan a la Tierra, aumenta la formación de nubes y disminuye la temperatura. Lo inverso ocurre cuando el Sol se halla en un máximo de actividad.

Hay que añadir que el Sol tiene un ciclo solar de movimiento de 178 años aproximadamente. A parte del ciclo de manchas solares de 11 años, también tendríamos este ciclo solar de movimiento. Cada 178 años aproximadamente, se produce un “reinicio” en el movimiento del baricentro solar, todo debido a la posición de los planetas. Si nos fijamos con la Figura 9, podemos observar cómo aproximadamente cada 178 años vuelve la estabilidad en el movimiento del baricentro solar. Dicho esto, tenemos que considerar el Sol no como un astro estático en sí mismo, sino algo totalmente dinámico. A la misma vez, cabe indicar que cada 2040 años, se repite el mismo patrón de movimiento del baricentro solar.

¿Mínimo solar supone tranquilidad?

Si pensamos que durante el mínimo de actividad solar, o un periodo de letargo solar, podemos estar tranquilos y fuera de peligro, estamos totalmente equivocados. Para empezar hay que tener en cuenta que no todo son manchas solares si hablamos de actividad solar, sino que también se producen filamentos magnéticos, protuberancias solares y todos ellos puede provocar CME’s (eyecciones de masa coronal) aunque, como bien hablábamos al principio, estaríamos bajo unas probabilidades más bajas. No obstante esté no sería el mayor riesgo.

La Vía Láctea es un impresionante generador de rayos cósmicos galácticos de alta energía (GCRs). Muchas de estas partículas son protones e iones originados por explosiones de supernovas y otras fuentes cósmicas, y se mueven a una tasa de velocidad cercana a la luz (99.995%). Al ser estas partículas cargadas, son muy propensas a la influencia de campos magnéticos masivos, como el del sol en ciclos de máxima actividad. Durante periodos de actividad solar intensa, la heliosfera, que es un entorno plasmático-magnético que rodea el sistema solar, desvía muchas de estas partículas energéticas.

Hay que tener en cuenta, aunque sería algo casi imposible, que la ausencia de la heliosfera podría permitir la llegada masiva de partículas energéticas hacia el interior del sistema solar, imposibilitando la existencia de la vida biológica tal y como la conocemos.

Durante los ciclos de mínima actividad, la heliosfera se debilita, permitiendo el ingreso de partículas muy  energéticas en el sistema solar. Los valores magnéticos normales (6-8 nT) cayeron hasta 4 nT durante el mínimo recién pasado (2009-2010), mientras que la presión del plasma solar fue la más baja de los últimos 50 años. Esto produjo que los rayos cósmicos detectados aumentarán un 19%. El incremento de los rayos cósmicos se traduce en un aumento de la capa nubosa que cubre la Tierra, debido a la interacción energética de los protones con el oxígeno de la atmósfera. Esto finalmente conduce a una reducción de los valores de la radiación solar que ha de alcanzarnos en la superficie terrestre, produciendo un enfriamiento.

Esas partículas cargadas interaccionan con la atmósfera y el campo magnético terrestre, transformándose en partículas secundarias, producto de la interacción de las partículas primarias con la atmósfera, y distribuyéndose de forma que la mayor intensidad de las partículas que alcanzan el suelo es en los polos (debido al campo magnético).

Por tanto, la componente de partículas que alcanzan el suelo varía según la altitud (a mayor altura menos atmósfera con la que interaccionar), con la latitud (a mayor latitud mayor cantidad de partículas desviadas por el campo magnético). A nivel del mar, y para una latitud de unos 45ºN, las componentes principales son muones (72%), fotones (15%) y neutrones (9%).

Incidencia de Rayos Cósmicos sobre la Tierra

Representación artística de la llegada en cascada de partículas subatómicas energéticas a la atmósfera, a partir de rayos cósmicos primarios, muy energéticos.

Las lluvias o cascadas de partículas subatómicas se originan por la acción de los rayos cósmicos primarios, que pueden tener una energía cien millones de veces superior a la que se puede impartir a una partícula subatómica en los más potentes aceleradores construidos hasta hoy.

Cuando un rayo cósmico de alta energía llega a la atmósfera terrestre interactúa con los átomos que la forman, chocando con los gases y liberando electrones. Este proceso excita los átomos y crea nuevas partículas. Estas, a su vez, chocan con otras produciéndose una serie de reacciones nucleares, que originan nuevas partículas que repiten el proceso en cascada. Así puede formarse una cascada con más de 1011 nuevas partículas. Las partículas que forman las cascadas se pueden medir con distintos tipos de detectores de partículas, generalmente basados en la ionización de la materia o en el efecto Cherenkov.

Un grupo moderado de científicos alrededor del mundo aseguran que la teoría del calentamiento antropogénico (el origen está en el hombre) ha sido groseramente exagerada. El dióxido de carbono (CO2) no es el gas de efecto invernadero primario en la atmósfera terrestre. El vapor de agua es el responsable directo de los efectos termodinámicos en la Tierra. Cabe recordar que los gases inertes, incluyendo el CO2, representan el 1% de los componentes atmosféricos. El promedio de CO2 presente en la atmósfera es de 1.500 ppm (partículas por millón). La combustión de las máquinas terrestres es incompleta (λ<1) lo que significa que los productos de estas quemas son mezclas de aire inerte (nitrógeno), agua y CO2. Este último representa solamente el 30% del total.

Además el impacto biológico sería otro tema a tratar. Las partículas energéticas son un riesgo para la salud, ya que pueden llegar a dañar a las células (el ADN). Cuando una partícula energética impacta contra una célula, al interaccionar deposita parte de su energía en los electrones y moléculas que forman la célula. Las consecuencias de esta interacción dependen de la especie y de la energía de la partícula (protón, ion, electrón, neutrón o fotón). Cualquier daño causado a las moléculas de la célula, especialmente al ADN, puede tener consecuencias para el futuro de la misma, su capacidad de división y el mantenimiento de su estructura. A su vez, un funcionamiento incorrecto de esta célula podría afectar al tejido u órgano al que pertenece. Una célula dañada puede repararse a si misma. Si no tiene éxito en esta labor, morirá. Si muchas células mueren, entonces el órgano dejará de funcionar correctamente. Es una teoría muy plausible que a lo largo de la historia de la Tierra y de la Vida, los rayos cósmicos energéticos han podido producir mutaciones en el ADN, modificando así las especies animales y vegetales. Si la reparación no se hace totalmente bien, la célula puede reproducirse unas cuantas veces más, pero al hacerlo puede transferir los daños a las células hijas. De nuevo, el funcionamiento incorrecto de muchas de las hijas puede causar daños irreversibles al órgano. Las células dañadas que hayan sobrevivido puede a su vez ser precursoras de células cancerígenas.

Rayos cósmicos intergalácticos

Figura 10. Relación de cantidad de rayos cósmicos terrestres, con la variación de CO2 y temperatura terrestre.

En la Figura 10 se ve claramente cómo la Intensidad de la Radiación Cósmica intergaláctica influye en la temperatura troposférica terrestre. Cuando el Viento Solar se topa con la Radiación Cósmica Intergaláctica (RCI), los nucleones y el plasma de electrones del viento solar se calientan y disminuyen su velocidad de desplazamiento hacia afuera del Sistema Solar. En la Terminación de Choque, los electrones y nucleones de la RCI penetran contracorriente por las ondas del Viento Solar y son desviados por la turbulencia magnética que produce el movimiento del Sistema Solar desplazándose hacia la Terminación de Choque. Los nucleones intergalácticos con baja densidad de energía no penetran el Sistema Solar sino que son desviados por las turbulencias magnéticas (Arco de Choque) que se forman por el impacto entre el Viento Solar y la RCI; sin embargo, las partículas lentas con alta densidad de energía (partículas calientes) remontan el Viento Solar contra corriente, ellas se enfrían de nuevo, y entonces re-aceleran hasta alcanzar velocidades supersónicas que alcanzan los 400 km/s viajando hacia el sol, es decir, en dirección opuesta hacia la cual el Viento Solar fluye.

La RCI y las partículas aceleradas golpean contra el Campo Magnético Terrestre (CMT). La colisión de esas partículas del arco de choque que colisionan en el CMT promueve la formación de nubes cuando penetran en la troposfera de la Tierra. Las partículas de la RCI entrantes que inciden sobre la superficie de la Tierra incrementan la temperatura del suelo y de los océanos. El calor de la superficie se transfiere a la troposfera baja y ésta se calienta. La intensidad de las partículas intergalácticas y de la radiación cósmica que afectan a la Tierra depende de la intensidad del Viento Solar.

Si la intensidad del Viento Solar es alta, entonces la RCI entrante desde el Arco de Choque del Sistema Solar sería más alta también. Si el Viento Solar disminuye su velocidad, la RCI que remontó el Viento Solar contra corriente no disminuye su velocidad; sin embargo, las partículas de la RCI no se desvían, aunque ingresan a la Tierra, en donde transfieren su energía a las moléculas del suelo y los océanos, calentándolos de forma extraordinaria. Si la actividad solar es intensa, entonces el flujo del plasma cósmico será mayor. La correlación se observa con mayor claridad en el histograma incluido más abajo.

Anomalía en la incidencia rayos cósmicos en la Heliosfera

Figura 11. Los rayos cósmicos se frenan al entrar en contacto con la zona más externa de la heliosfera y son re-acelerados nuevamente al sobrepasarla.

La correlación entre la anomalía de la intensidad de los Rayos Cósmicos Interestelares (RCI) y las variaciones en la temperatura troposférica terrestre es obvia (Figura 11). El actual calentamiento global no depende de la concentración de gases de “invernadero” al 100%, sino de la densidad de energía que nos llega desde el espacio, tanto desde el Sol como desde el medio interestelar.

El Sistema Solar está viajando en su órbita alrededor de la Vía Láctea a una velocidad de 217.215 Km/s. El Sistema Solar completa una vuelta alrededor de la galaxia (Vía Láctea) en 226 millones de años. En un día, el Sistema Solar avanza 1.728.000 kilómetros hacia la constelación de Hércules a una velocidad de 20 Km/s. Esto es la 8.593 parte de la distancia total entre la Tierra y el Arco de choque del Sistema Solar. Una partícula “fría” de la RCI cruzaría esta distancia en tan solo 1.2 horas.

Las partículas cósmicas intergalácticas de Helio con una energía mayor a 70 MeV/nucleón y que remontan el viento solar contracorriente hasta llegar muy cerca del Sol, modifican la temperatura troposférica de la Tierra.

La intensidad de los rayos cósmicos son reducidos en épocas del máximo solar, y aumentan cuando el campo magnético del Sol se debilita, es decir en periodos del mínimo solar.

Podemos decir en definitiva que este próximo ciclo solar 25 vendrá acompañado de grandes cambios en los cuales será más tardío y con bastante más debilidad respecto los anteriores. A todo ello hay que añadir el riesgo de que incluso estando en el mínimo solar, los riesgos derivados del Sol también estén presentes y a la vez también pueden preocupar, ya que el campo magnético del Sol es más débil y por ello no puede bloquear tanto la entrada de rayos cósmicos. Todo vendría por consecuencias del movimiento del baricentro del sistema solar. Cuando el movimiento del baricentro solar es regular, los ciclos solares son normales y estables, mientras que cuando se producen patrones irregulares del movimiento del baricentro, los ciclos solares son muy bajos en cuanto intensidad e incluso extremadamente débiles.

RESUMEN

CICLO SOLAR REGULAR

  • Mayor cantidad de manchas solares Sol con manchas solaresvisibles.
  • Mayor riesgo de que se produzcan fulguraciones solares y CMEs.
  • Menor cantidad de agujeros coronales en zonas solares cercanas a los polos del Sol.
  • Incremento en la intensidad del campo magnético solar.
  • Debido al anterior incremento del campo magnético solar, la heliosfera protege más la entrada de rayos cósmicos en la Tierra.

CICLO SOLAR MÍNIMO (Letargo solar)

  • Menor cantidad de manchas solares Sol sin manchas solaresvisibles o incluso superficie solar libre de manchas.
  • Menor cantidad de fulguraciones solares y CMEs o incluso periodos de semanas enteras sin ninguna.
  • Gran cantidad de agujeros coronales, tanto en zonas cercanas a los polos del Sol como en cualquier otra zona.
  • Disminución de la intensidad del campo magnético solar.
  • Debido a la disminución del campo magnético solar, la heliosfera protege menos la entrada de rayos cósmicos, provocando un aumento de los mismos que indicen en la atmósfera terrestre.
CONCLUSIONES

¿En que se basaría un posible letargo solar?

Un letargo solar se trata de un periodo de tiempo (unos pocos años) en el cual el Sol entraría en un periodo de muy baja actividad solar. Esto podría suponer que el próximo ciclo solar 25 podría llegar a manifestarse de forma muy poco activa, o no manifestarse en absoluto. Incluso podríamos estar en un mínimo solar temporal de mayor duración de lo normal.

¿Si hay poca actividad solar, no hay de qué preocuparse?

En realidad el riesgo también está presente, aunque de otra forma. Si hay menor actividad solar, sigue presente la tendencia de que aparezcan más agujeros coronales en la superficie solar. Pero eso no tiene una gran importancia… Si la actividad solar es menor, la heliosfera solar (escudo magnético que envuelve a todo el sistema solar) se debilita, ya que el campo magnético del Sol es de menor fuerza. Esta debilidad en la heliosfera supone un incremento del nivel de rayos cósmicos que llegan al sistema solar y al planeta Tierra.

¿Esto ha sucedido en otras ocasiones?

Sí, y se conocen varias ocasiones en las cuales el Sol ha entrado en periodos de letargo solar, como fue el mínimo de Wolf, mínimo de Spörer, mínimo de Maunder o el mínimo de Dalton. Lo que no se conoce es cómo era el flujo de rayos cósmicos durante aquellos mínimos, ya que el último se produjo entre el periodo de 1787 y 1843, y para aquél entonces no existían mediciones de este tipo.

¿Existe una relación entre mínimos temporales (letargos solares)?

Uno de los objetivos de nuestra investigación era comprobar si realmente existía una relación entre un mínimo y otro. Después de realizar un extenso estudio, llegamos a la conclusión que cada 175-180 años de media aproximada, se produce un letargo solar. Si el último mínimo finalizó en 1843, y sumamos el promedio indicado anteriormente estaríamos que entre el año 2018 y 2023 se produciría el siguiente letargo solar.

¿Por qué se produce este fenómeno?

Esta pregunta pertenece a la segunda parte de nuestra investigación, pero algo sí que tenemos ya claro: depende del baricentro del sistema solar. El sistema solar no gira exactamente alrededor del centro del Sol, sino que gira alrededor del baricentro del sistema solar. El baricentro solar es el punto en el espacio donde las masas de los planetas están en equilibrio. En ciertas ocasiones este baricentro solar se encuentra en el interior del Sol y en otras ocasiones cerca de la superficie solar.

Tomemos un ejemplo. Si los planetas con mayor masa del sistema solar, como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, se encuentran alineados, aunque la masa sea mínima comparada con la del Sol, será lo suficiente para que el baricentro solar sea atraído muy ligeramente hacia dicha alineación. Cuando los planetas no tienen alineación, el baricentro solar se ubicaría en el interior del Sol.

Se ha llegado a la conclusión de que dependiendo del patrón de movimiento que realiza el baricentro solar (si es más simétrico o más caótico), se produce un apagado o un despertar de los ciclos solares. Hemos podido observar cómo los mínimos solares mencionados anteriormente, coinciden exactamente en los mismos años en los que el movimiento del baricentro solar tenía un movimiento uniforme.

¿Qué efectos puede producir?

Esto es un tema que quizás nos centraremos en una posible tercera parte de la investigación, pero todo estaría relacionado con el aumento de los rayos cósmicos. Se puede observar que en periodos de mínimos solares, los niveles de rayos cósmicos aumentan, y cuando se está en el máximo de un ciclo solar, los valores disminuyen. Por ahora no podemos decir gran cosa sobre ello, lo único que se ha podido investigar por parte de otros equipos y universidades, es que los rayos cósmicos son un factor de crecimiento de nebulosidad. Esto podría ser un factor importante contra el famoso cambio climático u otros similares.

Se conoce, con datos históricos registrados, que en el mínimo de Maunder se llegó a alcanzar una pequeña “Mini Edad de Hielo”. Durante esta pequeña edad de hielo, se sufrieron inviernos mucho más fríos de lo normal.

¿Se puede tener conocimiento de fenómenos anteriores así?

Sí, por suerte los rayos cósmicos cuando se deshacen en la alta atmosfera, liberan carbono-14 (igual que la prueba del carbono-14 para averiguar dataciones de restos orgánicos). Los árboles se alimentan también de dicho carbono-14 que vaga por el ambiente, haciendo que éste quede marcado en el interior del tronco del árbol, entre anillos y anillos. Gracias a ello se ha podido descifrar con árboles milenarios que en los últimos 5.000 años, se produjeron un total de 18 periodos en el cual los niveles de rayos cósmicos fueron muy intensos.

¿Qué podemos esperar ahora?

Básicamente lo mismo que dice la pregunta, esperar. Los letargos solares son un proceso natural que no se

Hielo flotando en el Danubio a su paso por Budapest

Hielo flotando en el Danubio a su paso por Budapest. Crédito: © AFP/GETTY IMAGE

puede evitar ni hacer nada al respeto. En anteriores letargos solares más recientes, no se detectaron más que pequeñas anomalías en el clima terrestre, “Mini Edad de Hielo”, y no se tiene constancia de otros efectos más severos. Este invierno 2016-2017 se ha producido en Europa central y Europa del Este una ola intensa de frío polar durante apenas una semana, con temperaturas que en varios países han rondado los -30 ºC, lo que ha provocado varias decenas de muertos. En una “Mini Edad de Hielo” el frío es más todavía más prolongado e intenso, con los cual los efectos serán todavía más dramáticos.

Venecia congelada 16 enero 2017

Los canales de Venecia congelados, debido a la ola de frío polar que azotó Europa a mediados de enero de 2017

Comparativa últimos ciclos solares y previsión

 

[ Fuente consultada: BLOG DE METEOROLOGÍA ESPACIAL – La previsión del letargo solar y de su futuro próximo ]

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