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ASTROMICRO

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El rutero AstroMicro: Clima Espacial

(Inspirado en Kurzgesagt – In a Nutshell)   Fuentes - Clima Espacial Por: J. Carballo-Bello, K. Peña Ramírez & S. Ramírez Alegría Invitados: C. Buitrago & S. Vargas

TVN.cl

Miércoles 8 de febrero de 2023

- “Frase del guión”

Corta explicación o comentario

# Nombre de la fuente elegida, año de acceso.

Página web

Frase: “Frase específica consultada para construir la línea del guión (si corresponde).”

  • “¿Es que sabes qué? Estuve leyendo y el sol tiene vientos. La luz que viene del sol es tanta, que empuja material -¡partículas!- que llegan a la Tierra.”

El viento solar, es un flujo constante de partículas lanzadas por el Sol al Sistema Solar en todas direcciones, compuesto básicamente por partículas cargadas (protones y electrones principalmente) en forma de plasma. La velocidad a la que salen lanzadas es diferente en función de la región del Sol de la que emerge ese material y de la configuración de la atmósfera solar. Aunque el origen de los vientos solares es aún un problema abierto, se tiene consenso en que se da de forma supersónica (es decir, mayor a la velocidad del sonido) y dado que la gravedad solar es lo suficientemente débil, no puede sostener la energía térmica (cinética) de las partículas de la alta corona del Sol.

# Solar wind  - Space Weather Prediction Center, 2023.

https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/solar-wind

Frase: “The solar wind continuously flows outward from the Sun and consists mainly of protons and electrons in a state known as a plasma (...) Different regions on the Sun produce solar wind of different speeds and densities. Coronal holes produce solar wind of high speed, ranging from 500 to 800 kilometers per second. The north and south poles of the Sun have large, persistent coronal holes, so high latitudes are filled with fast solar wind. In the equatorial plane, where the Earth and the other planets orbit, the most common state of the solar wind is the slow speed wind, with speeds of about 400 kilometers per second

Frase: “El viento solar continuamente fluye fuera del Sol y consiste principalmente en protones y electrones en un estado conocido como plasma (...) Diferentes regiones del Sol producen viento solar a diferentes velocidades y densidades. Los agujeros coronales producen viento solar a alta velocidad, desde 500 a 800 kilómetros por segundo. Los polos norte y sur del Sol tienen agujeros grandes y persistentes, de forma que a altas latitudes se llenan de viento solar rápido. En el plano ecuatorial, donde la Tierra y el resto de los planetas del Sistema Solar orbitan, el estado más común de viento solar es el de baja velocidad, con velocidades de cerca de 400 kilómetros por segundo.”

# Viento solar (Wikipedia), 2023.
https://es.wikipedia.org/wiki/Viento_solar

Frase: “El viento solar es una corriente de partículas cargadas que se liberan desde la atmósfera superior del Sol, llamada corona solar. Este plasma consiste mayormente en electrones, protones y partículas alfa con energías térmicas entre 1,5 y 10 eV.”

  • “Y, cuando el sol está muy activo, además se generan enooooormes expulsiones de masa.”
  • “Este chorro de partículas es expulsado por el sol a cualquier dirección, y a veces tenemos la mala suerte que va hacia la tierra.”

 A veces, hay expulsiones violentas de material desde el Sol en forma de plasma, mucho más denso que el viento solar siempre activo. Estas explosiones se llaman Eyecciones de Masa Coronal (material solar incandescente extremadamente caliente). En el interior solar se genera el campo magnético del Sol, este emerge a la superficie, cambiando su configuración y reorganizándose. Las eyecciones de masa coronal son el producto de dicha reorganización y viajan por el sistema solar a cientos de kilómetros por segundo. El material que constituye estas “erupciones” solares, puede surgir casualmente en dirección a la Tierra y se demora horas en llegar (a veces días, dependiendo de su velocidad). Podemos observar con telescopios (ubicados en satélites o en Tierra) este fenómeno, pero hasta que la nube de partículas impacte y afecte el campo magnético y la atmósfera terrestre, no sabemos exactamente qué grado de afectación va a generar.

# Coronal Mass Ejections - Space Weather Prediction Center, 2023.

https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/coronal-mass-ejections

Frase: “Coronal Mass Ejections (CMEs) are large expulsions of plasma and magnetic field from the Sun’s corona. They can eject billions of tons of coronal material and carry an embedded magnetic field (frozen in flux) that is stronger than the background solar wind interplanetary magnetic field (IMF) strength. CMEs travel outward from the Sun at speeds ranging from slower than 250 kilometers per second (km/s) to as fast as near 3000 km/s. The fastest Earth-directed CMEs can reach our planet in as little as 15-18 hours. Slower CMEs can take several days to arrive.”

Frase: “Las eyecciones de masa coronal (EMC) son grandes expulsiones de plasma y campo magnético desde la corona del Sol. Ellas lanzan miles de millones de toneladas de material coronal y llevan un campo magnético embebido (fijo en flujo) que es más fuerte que la fuerza del campo magnético interplanetario (CMI) de fondo del viento solar. Las EMC salen del Sol a velocidades en el rango de 250 kilómetros por segundo para las más lentas, hasta tan rápido como casi 3000 km/s. La EMC más rápida dirigida a la Tierra puede alcanzar a nuestro planeta en tan sólo 15-18 horas. Las EMCs más lentas pueden tardar varios días en llegar".

# Artículo Coronal Mass Ejections: What are they and how do they form?, 2023.

https://www.space.com/coronal-mass-ejections-cme

  • “Un gas hiper caliente, o plasma diría yo.”

Cuando un gas tiene una alta temperatura los electrones se separan de los núcleos atómicos y, al perder estos electrones, el átomo se “ioniza” dejando de ser eléctricamente neutro. Ell gas -conjunto de átomos- pasa a llamarse plasma: los electrones andan “sueltos” en este estado de la materia. El plasma es un estado de la materia muy común en el universo visible: 99% del universo bariónico -quitando materia oscura y energía oscura- se encuentra en este estado. Esta definición de plasma no tiene relación con el plasma sanguíneo (componente de la sangre que no contiene células), pero sí con los televisores de plasma (que contiene pequeños compartimentos o “celdas” de gas noble -xenón y neón- que al recibir una diferencia de voltaje liberan electrones), las lámparas de plasma (mantiene una temperatura baja porque es un gas a baja presión), el corte por plasma o la soldadura de plasma (estos últimos, tienen asociadas altas temperaturas). Los relámpagos también son ejemplos de plasma: la diferencia de potencial eléctrico entre la superficie de la Tierra y las nubes generan la descarga que ioniza parte de la atmósfera y la hace brillar.

# What is Plasma? - Plasma Science and Fusion Center, MIT, 2023.

https://www.psfc.mit.edu/vision/what_is_plasma

# Plasma (sangre) - Wikipedia, 2023.

https://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_(sangre)

# Plasma display - Wikipedia, 2023.

https://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_display

# Lámpara de plasma - Wikipedia, 2023.

https://es.wikipedia.org/wiki/Lámpara_de_plasma

# Corte por plasma - Wikipedia, 2023.

https://es.wikipedia.org/wiki/Corte_por_plasma

# Soldadura por plasma - Wikipedia, 2023.

https://es.wikipedia.org/wiki/Soldadura_por_plasma

  • “Las expulsiones son fuertísimas, pero no tan fuertes como nuestra atmósfera y magnetósfera.”
  • “No po naranja, la maaaaaggggnetósfera es el campo magnético de la tierra que protege todas las cosas que están en ella del viento solar.”
  • “El viento solar podría achatar la magnetósfera y dañar a los satélites que se queden fuera de ella.”

La magnetósfera es la región del espacio alrededor de la Tierra donde actúa el campo magnético terrestre. Gracias a su existencia, hay vida en la Tierra ya que nos protege del peligroso viento solar, las partículas lanzadas habitualmente en eventos violentos en la atmósfera solar y desvía la mayor parte de estas partículas dañinas. La interacción del viento solar y los campos magnéticos terrestres, generan auroras en los cielos polares. El campo magnético se genera por la rotación de la Tierra y la de su núcleo, de hierro. Es importante notar que si la Tierra estuviera más cerca del Sol a pesar de contar con una magnetósfera, el efecto de las eyecciones solares sería devastador.

# La Magnetósfera de la Tierra - NASA, 2023.

https://ciencia.nasa.gov/la-magnetosfera-de-la-tierra

Frase: “Envolviendo a nuestro planeta y protegiéndonos de la furia del Sol, hay una burbuja de magnetismo gigante llamada magnetósfera. Esta burbuja desvía la mayor parte del material solar que se precipita hacia nosotros desde nuestra estrella, a aproximadamente 1.609.000 kilómetros (1 millón de millas) por hora o más. Sin la magnetósfera, la incesante acción de estas partículas solares podría despojar a la Tierra de sus capas protectoras, que nos resguardan de la radiación ultravioleta del Sol. Es claro que esta burbuja magnética fue clave para ayudar a la Tierra a desarrollarse y llegar a ser un planeta habitable.”

  • “Las expulsiones del Sol son tan fuertes que pueden dañar los miles de satélites artificiales que orbitan la tierra. Entre ellos, el satélite del canal de televisión que emite el partido.”
  • “Y no sólo eso, también satélites ocupados para telecomunicaciones, u otros que estudian el universo. La actividad solar puede dejarlos con interferencias y fallos de comunicación.”

Las atmósfera y magnetósfera protegen a la Tierra de la actividad de emisión de partículas (materia y radiación) habitual del Sol. Los eventos de erupción de materia y radiación que se dirigen en la dirección de la Tierra, sin embargo pueden afectar la red eléctrica, los sistemas de comunicación, las operaciones satelitales y las capacidades de la navegación de posicionamiento global (GPS de sus siglas en inglés). Al estar en una región donde las capas naturales de protección terrestre son más tenues, los astronautas, cosmonautas y taikonautas deben tener especial cuidado y evitar la exposición a esta energía adicional.

Al ser partículas energéticas expulsadas con una alta velocidad, la interacción entre las partículas eléctricamente cargadas de las expulsiones solares (protones y electrones, principalmente) con circuitos eléctricos, pueden dañar a los satélites que tenemos en órbita y causarles daños permanentes. En el caso de las eyecciones de masa coronal, habrá un riesgo de daño solamente si estas ocurren en la dirección de la Tierra (en principio las eyecciones de masa coronal pueden ser lanzadas en cualquier dirección). Las eyecciones de masa coronal están también asociadas a la presencia de manchas solares y a la manera en que evolucionan, teniendo en cuenta que son consecuencia de la configuración del campo magnético que emerge por las manchas desde el interior solar.

Ilustración del Sol y la Tierra (la distancia entre ambos no está a escala), la magnetósfera representada por líneas alrededor de nuestro planeta y parte del material que recibimos de la actividad solar: partículas eléctricamente cargadas y radiación electromagnética. Fuente: National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), EE.UU.

La primera interrupción de comunicaciones de las que hay registro, las telegráficas, ocurrieron durante el evento Carrington debido a una tormenta solar en 1859. Ya que cada vez dependemos más de satélites artificiales para nuestras comunicaciones diarias, estas pueden verse afectadas temporalmente. Adicionalmente, los cambios en las propiedades de la atmósfera terrestre, en particular en la ionosfera, hacen que la retransmisión de señales se debilite. Existe un sistema de alerta y monitoreo de la actividad solar alimentado con los satélites de observación solar (https://www.swpc.noaa.gov/), dedicado a producir pronósticos, predicciones y alertas.

# Satellite Communications and Space Weather - Australian Space Weather Forecasting Centre, 2023.

https://www.sws.bom.gov.au/Educational/1/3/2 

Frase: (Solar Energetic Particles) may cause direct radiation damage to spacecraft components such as large solar cell arrays. Some spacecraft have had the efficiency of their solar cells reduced by over 30% in a single large solar particle event. This effectively reduces the lifetime of the spacecraft by several years.”

Frase: “(Las Partículas Energéticas Solares) pueden causar daño directo por radiación a los componentes de las naves espaciales, tales como los grandes paneles de celdas solares. Algunas naves han tenido una reducción en la eficiencia de sus celdas solares en más de 30% en un único gran evento de partículas solares. Esto efectivamente reduce la vida útil de las naves espaciales en varios años.”

# Tormenta solar destruye 40 satélites Starlink, 2023. 

https://aero-naves.com/2022/02/11/tormenta-solar-destruye-40-satelites-starlink/

Frase: “El 03 de febrero del año 2022, SpaceX lanza al espacio 49 satélites para apoyar el programa Starlink. A bordo del cohete Falcon 9, su destino es la órbita terrestre baja, pese a tener una alerta climática espacial previa: una tormenta geomagnética provocada por una ráfaga de radiación solar que la empresa ignora. Como consecuencia, se destruyen al menos 40 de los 49 satélites enviados. SpaceX oficializa la noticia el 08 de febrero (2022). A través de un comunicado, informan el daño a los satélites, pero destacan que gracias a su diseño y destino en la órbita bajan, permiten su desintegración en la atmósfera para evitar la acumulación de basura espacial. Confirman que la destrucción de los aparatos es la mayor pérdida colectiva de equipos derivada de una tormenta espacial de estas características.”

#Blog Think Big: Cómo se protege internet de las peligrosas tormentas solares, 2023.

https://blogthinkbig.com/como-se-protege-internet-de-las-peligrosas-tormentas-solares

Frase: “...señala a estos nodos a lo largo de los cables submarinos, que actúan como repetidores, como elementos vulnerables. Se encuentran cada 50 o 150 kilómetros y amplifican la señal óptica, para evitar que se pierda información. Para que las comunicaciones fallaran tendrían que producirse fallos en varios repetidores. Aunque el mayor peligro lo corren los satélites: “Como es lógico el máximo daño se produce en las transmisiones vía satélites. Incluso puede dañar a los propios satélites de transmisiones”.”

Lectura complementaria:

# Magnetosfera - Wikipedia, 2023.

https://es.wikipedia.org/wiki/Magnetosfera

# Ránking de 5 eventos en los cuales la actividad solar afectó a la Tierra - NOAA, 2023.

https://www.nesdis.noaa.gov/news/top-5-times-solar-activity-affected-earth

# Una guía sobre el ciclo solar y el clima espacial - NOAA, 2023.

https://www.nesdis.noaa.gov/una-guia-sobre-el-ciclo-solar-y-el-clima-espacial

# Evento Carrington, 2023.

https://es.wikipedia.org/wiki/Tormenta_solar_de_1859

# Las auroras son fenómenos inocuos que muestran la actividad solar sobre la Tierra, 2023.

https://www.nasa.gov/aurora