Científicos del Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología (Rusia), junto con colegas del Instituto Leibniz de Astrofísica (Alemania), la Universidad de Graz y el Observatorio Kanzelhöhe (Austria), la Universidad de Zagreb y el Observatorio Astronómico de Zagreb (Croacia) han desarrolló un método para predecir tormentas geomagnéticas directamente a partir de observaciones solares.
Los resultados permiten aumentar los tiempos de alerta de plomo de horas a días y proteger el funcionamiento de los sistemas de ingeniería en el espacio y en la Tierra del impacto del clima espacial. El estudio fue publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
El viento solar , una corriente de electrones, protones y núcleos de helio, sopla permanentemente desde el sol, bañando la Tierra y todos los planetas del Sistema Solar. Las corrientes de viento solar de alta velocidad se originan en los agujeros coronales del sol: regiones oscuras con plasma de baja densidad en la corona solar, con líneas de campo magnético que se abren libremente hacia el espacio interplanetario, a lo largo de las cuales los átomos ionizados y los electrones escapan al espacio interplanetario, dejando un “agujero” en la corona.
Cuando el viento solar rápido alcanza y choca con el viento solar lento más denso, que es generado por la parte “calma” de la corona solar , conduce a la formación de una estructura gigante llamada región de interacción corrotante, que gira con el sol. . Alcanzando la órbita de la Tierra en unos pocos días, puede causar tormentas geomagnéticas y auroras. Y dado que un agujero coronal puede reaparecer frente a nosotros en una rotación solar, el rápido viento solar del agujero coronal puede causar tormentas geomagnéticas y auroras recurrentes, que se repiten cada 27 días.
El tiempo de propagación del viento solar desde el sol hasta la Tierra es aproximadamente de uno a cinco días, lo que crea un tiempo de anticipación natural para la alerta temprana. Sin embargo, la estructura magnética de una perturbación interplanetaria, en particular la componente sur del campo magnético interplanetario, que impulsa la tormenta, no puede determinarse por ahora a partir de observaciones solares , lo que limita fuertemente la posibilidad de pronosticar una tormenta con varios días de anticipación.
Los enfoques actuales para las predicciones de tormentas geomagnéticas están limitados principalmente por un pronóstico a corto plazo con un tiempo de anticipación de horas, basado en mediciones del viento solar y el campo magnético interplanetario en el punto Lagrangiano L1 cerca de la Tierra.
Un grupo internacional de científicos abordó una cuestión muy importante para las aplicaciones del clima espacial: si las tormentas geomagnéticas inducidas por las corrientes de viento solar de alta velocidad se pueden predecir directamente a partir de las observaciones solares, y presentó un esfuerzo novedoso y exitoso para el pronóstico de tormentas geomagnéticas utilizando información de la corona. agujeros en el sol.
Los resultados permiten ampliar los plazos de predicción de horas a días, lo que es muy importante para las advertencias de las condiciones del clima espacial en el entorno cercano a la Tierra y otras aplicaciones del clima espacial.
“Establecimos relaciones empíricas entre las áreas de agujeros en la corona del Sol derivadas de imágenes satelitales y la velocidad del viento solar en L1; entre mapas de campo magnético de detección remota de la fotosfera solar y mediciones in situ en L1; y también entre áreas de agujeros en la corona , el campo magnético correspondiente en el sol y los índices geomagnéticos”, dice la primera autora del estudio, Simona Nitti, graduada de Skoltech MSc, que actualmente está cursando su doctorado. estudios en la Universidad de Leicester en el Reino Unido.
“Demostramos que el campo magnético de un agujero coronal que se propaga del Sol a la Tierra se conserva en más del 80 % de los casos. Esto abre la posibilidad de utilizar el campo magnético derivado de las observaciones solares en lugar del de L1. Además, para mejorar las predicciones, incorporamos en el modelo de pronóstico de la actividad geomagnética las variaciones estacionales del componente hacia el sur del campo magnético interplanetario”.
“Nuestro estudio representa un gran paso en el modelado de la actividad geomagnética y en la interpretación de las variaciones observadas en los índices de actividad geomagnética. Hemos considerado que el campo magnético interplanetario (FMI) que apunta hacia el sur es un importante impulsor de la actividad geomagnética. Como este componente del campo magnético , Bs, cuando está separado por la polaridad del IMF muestra un patrón de anteojos: cuando el IMF apunta hacia/alejándose del sol, el campo aumenta en primavera/otoño y se reduce en otoño/primavera, incorporamos esta forma en nuestro modelo de predicción. Dado que hemos utilizado la información sobre los orificios coronales y cada orificio coronal tiene una determinada polaridad, era esencial utilizar el patrón adecuado de Bs para una polaridad dada”, dice el Dr. Mario Bandić, coautor de la investigación.
“De esta manera, hemos roto la práctica común de interpretar las variaciones observadas en los índices geomagnéticos como ‘efecto Russell-McPherron’ y hemos considerado las formas de B separadas por la polaridad que revelan los datos satelitales. Los campos de polaridad del Russell- El modelo de McPherron de Bs no está definido durante la mitad del año: para IMF que apunta hacia el sol, Bs es cero en otoño y para IMF que apunta en dirección contraria al sol, Bs es cero en primavera. Tomando las formas realistas de los campos de polaridad como entrada nos ha permitido obtener un modelo de predicción bastante preciso y fiable”.
“La fuerza de una tormenta geomagnética está determinada por las propiedades del viento solar, así como por el campo magnético solar ‘congelado’ arrastrado por el viento solar al espacio interplanetario . Sin embargo, el viento solar, como cualquier viento, es caprichoso e inestable, lo que dificulta predecir sus propiedades”, dice Tatiana Podladchikova, profesora asociada del Centro Skoltech de Ingeniería Digital, coautora de la investigación.
“Nuestro enfoque basado en el uso de información de los agujeros de la corona solar abre un nuevo capítulo en la predicción de tormentas geomagnéticas directamente a partir de observaciones solares, lo que amplía los plazos de predicción de horas a días, lo que es de suma importancia para la protección de las infraestructuras espaciales y terrestres y avance de la exploración espacial. Y cualesquiera que sean las tormentas que puedan desencadenarse, les deseamos a todos un buen tiempo en el espacio”.
Más información: Simona Nitti et al, Pronóstico de tormentas geomagnéticas a partir de agujeros coronales solares, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stac3533
Información de la revista: Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society
