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La cuarta semana de enero comenzó con un clima espacial intenso. El Sol produjo una llamarada de clase X1.9 junto a una eyección de masa coronal (CME). En consecuencia, la Tierra se vio sometida a una tormenta geomagnética severa y una tormenta de radiación solar, clasificada como la más fuerte de los últimos 20 años.
Este fenómeno no es repentino ni aleatorio, sino que responde a la dinámica del ciclo magnético solar. En este articulo, nos metemos de lleno dentro nuestra estrella, para contar qué implican las llamaradas solares y qué procesos dentro del Sol las generan.
¿Qué es lo que pasa, en términos simples, dentro del Sol?
La masa del Sol está constituida principalmente por hidrógeno, en un 74%, y helio, en un 24%. El hidrógeno actúa como el combustible principal de las reacciones en el núcleo solar, mientras que el helio es el resultado de dichas reacciones.
La explicación sencilla dice que, en el centro del Sol, la presión y temperatura son tan grandes que promueven procesos de fusión, en donde 4 núcleos de hidrógeno terminan formando helio. Ese proceso libera una cantidad altísima de energía, en forma de radiación y expulsión de partículas.
Sin embargo, la física solar es un poco más compleja. El hidrógeno y el helio que componen a nuestra estrella se encuentran en estado gaseoso normal. A tan altas temperaturas, los átomos del Sol colisionan con muchísima energía entre sí, tanto que logran «arrancanse electrones» de sus capas más externas. El resultado es gas compuesto por átomos con electrones libres –denominados iones–, y electrones sueltos, con alto comportamiento eléctrico: el plasma.
El plasma del Sol, que en última instancia es un fluido súper conductor en movimiento, genera y modela campos magnéticos, como si fuese un dínamo o alternador, pero gigante.
¿Qué tiene que ver el magnetismo?
En esencia, la llamarada es el producto final de una serie de fenómenos que se dan dentro del Sol, a partir del movimiento del plasma.
En primer lugar, el material del sol, a millones de grados de temperatura, está sometido a un proceso de convección, como el que sucede en una olla al hervir agua: las burbujas del centro de la olla, más calientes, suben hacia la superficie, donde se van enfriando y vuelven a bajar, generando esa imagen de “turbulencia” y de burbujas girando desde el interior hacia el exterior, y viceversa.
Dentro del Sol, el plasma más caliente del centro se mueve hacia el borde, más lejos del núcleo. Al alejarse del centro que se encuentra a mayor temperatura, se enfría, y luego vuelve a converger hacia adentro. Como el plasma es material ionizado, ese movimiento transporta cargas eléctricas, lo que genera corrientes. Y esas corrientes generan campos magnéticos.
En segundo lugar, el Sol no gira como una esfera sólida, sino que está sometido a rotación diferencial. El ecuador solar gira más rápido que las latitudes altas, lo que estira y retuerce las líneas de campo magnético, como se retuerce un elástico.
En tercer lugar, está el proceso de cizalla. Si se piensa al Sol como una cebolla, la capa más externa es mucho más dinámica. Allí es donde sucede la convección y donde la rotación es más diferencial. Luego, hay una capa más interna o nuclear, que es más tranquila: la energía del núcleo avanza más lentamente porque está compuesta principalmente de fotones que chocan entre si y se reemiten una y otra vez, como si la luz intentara escapar de una bruma densa. Esta capa interna es más “compacta” y también está sometida a una rotación menos diferencial que la externa.
Entre estas dos capas tan distintas, hay una capa de transición que se denomina tachocline, donde cambian los regímenes dinámicos y se carga mucha energía magnética.
Claro, pero, ¿y la llamarada?
A partir de todos esos mecanismos que generan, amplifican y dinamizan el magnetismo dentro del Sol, el campo magnético interno empieza a organizarse en estructuras grandes, como si fueran tubos. En determinado momento, esas estructuras se vuelven demasiado intensos por acumulación de energía, entonces emergen hacia la superficie solar.
Cuando estas estructuras llegan a la superficie visible de nuestra estrella –la fotosfera–, aparecen las famosas manchas solares. No se trata de cráteres: son zonas donde el campo magnético es tan fuerte que cambia cómo se mueve el material localmente, y por eso se ven más oscuras. En general, las manchas vienen en pares, porque representan los puntos de anclaje de esos tubos magnéticos que salieron desde el interior.
Por encima de la fotosfera está la atmósfera solar –la cromosfera– y, más arriba, la corona. La cromosfera es una atmósfera muy tenue, por lo que en esa región, la física queda casi completamente dominada por el campo magnético que escapó desde el interior del Sol y que se curva hacia afuera de la estrella. Este campo guía el plasma desde el interior del Sol y lo obliga a seguir las líneas de campo a través de la fotosfera, formando los bucles brillantes que se ven en imágenes ultravioletas de la corona del Sol.
Entonces, llegamos a la parte fundamental que nos permite comprender las llamaradas. Esos arcos de campo que escapan del Sol no están fijos, porque el giro diferencial va arrastrando sus puntos de anclaje en la superficie. Entonces, las líneas del campo se tuercen, se tensan y se enredan. En la corona, ese enredo implica que la configuración del campo va guardando energía, como un resorte cargado.
Llega un momento en que esa configuración se vuelve demasiado compleja e inestable, por lo que el sistema busca una forma más simple de ordenarse. Entonces, sucede la reconexión magnética: las líneas de campo enmarañadas se reconfiguran espontáneamente, liberando de golpe la energía acumulada, y generando una llamarada solar.
Los ciclos de actividad del Sol
Si bien el Sol no es un reloj perfecto, esta dinámica suele seguir un patrón cíclico: primero se construye un patrón magnético global, luego se amplifica y se vuelve complejo, y finalmente se reconfigura de nuevo.
De esta forma, el ciclo completo del magnetismo solar es de unos 22 años, teniendo en cuenta que cada unos 11 años el campo global invierte su polaridad, o sea, el norte y sur magnético se intercambian. Entonces, los períodos de mayor actividad, con más manchas solares, más regiones activas y más erupciones, suelen darse cada 11 años.
En la fase activa, aparecen con más frecuencia regiones con campos magnéticos retorcidos y energéticamente cargados que pueden reconfigurarse de golpe. La Agencia Espacial Europea (ESA) remarcó que el Sol viene de cruzar el pico del ciclo actual pero sigue muy activo, aumentando la probabilidad de episodios fuertes.
Las consecuencias más amables de estos eventos son auroras boreales mucho más intensas y con más colores que de costumbre, producto de partículas expulsadas por el sol, que interactúan con el campo magnético terrestre, y excitan átomos en la atmósfera superior.
Las consecuencias menos amables son los efectos en sistemas tecnológicos de comunicación. Los satélites, los radares, la radio operan mediante el envío o recepción de señales que se transfieren en formas de ondas por el espacio. El campo magnético del Sol, cargado de tanta energía, tiene la capacidad de deformar o moldear las vías por las que generalmente se transfiere esa información, dejándonos temporalmente incomunicados, o leyendo señales erróneas.
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