El ‘reloj solar’ recientemente descrito puede predecir con precisión los eventos del ciclo solar con años de anticipación


Desde que los humanos pudieron observar por primera vez las manchas solares hace unos 400 años, las hemos estado usando para tratar de definir el ciclo solar. Aproximadamente cada 11 años, la actividad solar, como las manchas solares y las erupciones solares, sube y baja, provocando cambios en los patrones climáticos de la Tierra y, en ocasiones, amenazando las telecomunicaciones. Predecir estos cambios de manera confiable podría ayudar a todos, desde agricultores hasta militares.

Tradicionalmente, los científicos han utilizado el concepto de «mínimo solar», cuando se reduce la actividad solar, para marcar el comienzo de cada ciclo. Pero el marco del «mínimo solar» es algo arbitrario e impreciso, explica Robert Leamon, científico investigador de la Asociación para la Investigación del Medio Ambiente Espacial y Heliofísica (PHaSER), una asociación de la UMBC con la NASA.

Evolución de los componentes dipolares y multipolares solares de la expansión del campo magnético coronal del Observatorio Solar Wilcox. Las líneas discontinuas representan terminadores; las líneas punteadas representan los preterminadores. La flecha roja corresponde a las Tormentas de Halloween de 2003; observe la caída en el momento dipolar (panel superior) sin paralelo en ningún otro ciclo. Crédito: Robert J. Leamon et al, Fronteras en astronomía y ciencias espaciales (2022). DOI: 10.3389/fspas.2022.886670

Leamon ha dirigido una nueva investigación que muestra que un «reloj solar» basado en el campo magnético del sol, en lugar de la presencia o ausencia de manchas solares, puede describir y predecir con precisión muchos cambios clave a lo largo del ciclo solar. El nuevo marco ofrece una mejora significativa con respecto al método tradicional de las manchas solares, ya que puede predecir aumentos repentinos de erupciones solares peligrosas o tendencias climáticas cambiantes con años de anticipación.

Específicamente, la nueva investigación, publicada en Frontiers in Astronomy and Space Sciences, muestra que el ciclo solar opera como una secuencia distinta de eventos. Cambios notables ya veces abruptos ocurren en cada quinto de un ciclo. Eso es cierto independientemente de la duración exacta de un ciclo determinado, que puede variar entre varios meses y un año. En un guiño a los entusiastas de la música, Leamon y sus colegas lo llaman «círculo de quintas».

Encontrar los puntos de referencia

El nuevo artículo de Leamon y sus colegas Scott McIntosh, en el Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR), y Alan Title, en el Centro de Tecnología Avanzada Lockheed Martin, se basa en el trabajo de Leamon, McIntosh y Daniel Marsh, también en NCAR, publicado en 2020. Ese artículo demostró la existencia de un fenómeno del ciclo solar que el equipo de investigación denominó «el terminador».

El campo magnético del sol cambia de dirección en cada ciclo solar, pero hay superposición entre ciclos consecutivos. El campo magnético del sol a veces se denomina campo polar porque apunta a uno de los polos del sol o al otro. Un terminador marca cuando el campo polar del ciclo anterior ha desaparecido por completo de la superficie del sol, y es seguido rápidamente por un aumento dramático en la actividad solar.

El nuevo documento apunta a hitos adicionales a lo largo del viaje a través de un ciclo solar completo de terminador a terminador. Estos puntos de referencia son más claros y consistentes que el uso de manchas solares como guía para la duración del ciclo. Por ejemplo, «el número máximo de manchas solares no se alinea del todo cuando el campo polar se invierte, pero la inversión del campo polar ocurre exactamente en una quinta parte del ciclo que va de un terminador a otro», dice Leamon.

A las dos quintas partes de un ciclo, se vuelven a formar áreas oscuras llamadas «agujeros coronales polares» en los polos del sol. A las tres quintas partes de un ciclo, se produce la última llamarada X, una clase de llamaradas solares muy grandes y potencialmente peligrosas. A las cuatro quintas partes, las manchas solares son mínimas, pero este punto de referencia es menos consistente. Y luego el sol pasa a través de otro terminador, después de lo cual la actividad solar se recupera rápidamente. Otros fenómenos, como las emisiones UV, también se alinean muy bien en los quintos.

Síntomas y causas

El equipo escogió patrones en los datos recopilados diariamente por dos observatorios terrestres. El Observatorio Radioastrofísico Dominion en Penticton, Canadá, ha medido diariamente el flujo de radio solar, que sirve como un indicador útil de la actividad solar, desde 1947. El Observatorio Solar Wilcox de la Universidad de Stanford ha recopilado mediciones diarias de los campos magnéticos en la superficie del sol desde 1975.

Una vez que el equipo notó los cambios que ocurren exactamente en una quinta parte de un ciclo, preguntaron: «¿Cuántas cosas solares diferentes podemos mirar? Y luego nos dimos cuenta de que todas se superponen en este mismo conjunto de quintas partes», dice Leamon. Diferentes parámetros cambian en diferentes puntos del ciclo, pero «todo está ligado a estos cinco puntos de referencia».

Esta nueva teoría de un reloj solar cambia el enfoque de las manchas solares a cambios en el campo magnético. «Es casi como síntomas y causas», dice Leamon. Si bien las manchas solares son un síntoma importante, el campo magnético es la causa subyacente que impulsa el ciclo solar.

Los hilos más largos

Este cambio en el marco mejora la capacidad de los investigadores para predecir eventos en el ciclo solar con mayor precisión y anticipación, lo que les da a las personas, como los operadores de satélites, tiempo para hacer los preparativos necesarios en función de la actividad solar prevista. Una vez que los observatorios detectan una inversión inicial del campo polar, se establece la duración precisa del primer quinto del ciclo. Eso significa que el tiempo de los otros quintos (y sus eventos asociados) es una simple cuestión de multiplicación.

El nuevo marco también establece límites más estrictos en el período dentro del ciclo en el que se esperan erupciones severas, lo cual es información útil para las personas en la Tierra. En lugar de un cambio gradual de la actividad mínima a la máxima, el período que va desde el terminador hasta alrededor de las tres quintas partes de un ciclo parece ser el período pico para las erupciones, con una caída rápida después de ese punto hasta el siguiente terminador. El ciclo actual comenzó después de una terminación en diciembre de 2021, y el nuevo marco predice que los últimos brotes importantes deberían ocurrir a mediados de 2027.

Leamon señala una cita del físico Richard Feynman para explicar el valor de una teoría como esta, que da cuenta de muchas variables dentro de un sistema: «La naturaleza usa solo los hilos más largos para tejer sus patrones, de modo que cada pequeña pieza de su tejido revela la organización de todo el tapiz», dijo Feynman. La nueva teoría de Leamon y sus colegas es un ejemplo de uno de estos largos hilos: predecir con precisión muchos aspectos del ciclo solar con un parámetro único y simple, y facilitar que los humanos estén preparados para los cambios impulsados ​​por el sol.

Con información de Phys.org

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