Investigadores europeos desarrollan una nueva técnica para pronosticar las tormentas geomagnéticas del Sol

Esta es una representación de un artista de partículas de viento solar interactuando con la magnetosfera de la Tierra. Los tamaños no son a escala. NASA.

Un nuevo método analítico, capaz de dar cuenta de los sistemas en un estado alejado del equilibrio, predice mejor las erupciones solares del astro rey y las tormentas geomagnéticas en la Tierra. 

El campo magnético de la Tierra se extiende de polo a polo y se ve fuertemente afectado por el viento solar del sol. Este "viento" es una corriente de partículas cargadas expulsadas constantemente de la superficie del sol. Ocasionalmente, destellos repentinos de brillo conocidos como erupciones solares liberan aún más partículas en el viento. A veces, las erupciones son seguidas por eyecciones de masa coronal que envían plasma al espacio. 

El flujo resultante de partículas cargadas viaja a millones de millas del sol a la Tierra. Cuando llegan aquí, las partículas causan estragos en el campo magnético de la Tierra. El resultado puede ser bello, pero también destructivo: auroras y tormentas geomagnéticas. Las tormentas son algo muy serio e interfieren con una serie de tecnologías importantes, incluidas la señalización GPS y las comunicaciones por satélite. También pueden dañar las redes eléctricas de la Tierra. La actividad solar parece aleatoria, lo que nos dificulta predecir estas tormentas. 

Simulación por ordenador de las líneas del campo terrestre en un periodo estándar entre inversiones1 (azules cuando el campo apunta hacia el centro y amarillas cuando apunta hacia fuera); el eje de rotación de la tierra está centrado y en la vertical; la densa agrupación de líneas corresponde al interior del núcleo terrestre. Wikipedia.

En la revista Chaos, de AIP Publishing, un grupo de investigadores de Europa, dirigido por Reik Donner del Instituto Potsdam para la Investigación de Impacto Climático en Alemania, informa de un nuevo método para analizar datos de campo magnético que podría proporcionar una mejor predicción a corto plazo de tormentas geomagnéticas. Este nuevo método se basa en una técnica desarrollada para sistemas en un estado alejado del equilibrio. El campo magnético de la Tierra se ajusta a este paradigma porque el campo es alejado del equilibrio por el viento solar. Los sistemas que están lejos del equilibrio a menudo sufren cambios abruptos, como la transición repentina de un estado inactivo a una tormenta. 

Los investigadores usaron valores por hora del índice Disturbance storm-time o Dst. Los valores Dst dan la desviación promedio de la componente horizontal del campo magnético de la Tierra de su valor normal. Esta desviación ocurre cuando una gran ráfaga de partículas cargadas llega del sol y debilita el campo generado por la Tierra. Los valores Dst forman una única secuencia de números conocida como serie temporal. Los datos de series de tiempo se pueden refundir en una imagen 2D o 3D trazando un punto de datos contra otro en un período de tiempo fijo en el futuro para la previsión. 

Observaciones del Ulysses de velocidad de viento solar en función de la latitud de helio durante un mínimo solar. El viento leve (~400 km/s) se confina a las regiones ecuatoriales, mientras el viento fuerte (~750 km/s) se ve sobre los polos.1 Los colores rojos/azul muestran las polaridades interiores/exterior del campo magnético heliosférico. Crédito: NASA – Marshall Space Flight Center.

Aquí, los autores crearon un diagrama conocido como un gráfico de recurrencia a partir de los datos reconstruidos. El gráfico de recurrencia es una matriz de puntos típicamente distribuidos de forma no uniforme en el gráfico. Los autores utilizaron sus datos para observar un par de tormentas geomagnéticas que ocurrieron en 2001 a partir de grandes erupciones solares un par de días antes de la tormenta. 

Utilizaron un método conocido como análisis de cuantificación de recurrencia para mostrar que las líneas diagonales largas en estos diagramas de recurrencia indican un comportamiento geomagnético más predecible. El método presentado aquí es particularmente adecuado para distinguir entre los diferentes tipos de fluctuaciones del campo geomagnético. La técnica permite a los investigadores caracterizar estas diferencias con una precisión que no se había logrado previamente. 

Artículo publicado en https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5024792. 

Fuente: American Institute of Physics, Wikipedia,