Universitarios investigan importancia del Sol

Como habitantes del planeta Tierra, la humanidad ha sido favorecida para su existencia y funcionamiento por la estrella más cercana, el Sol, pues sin esta el desarrollo de la vida hubiera sido imposible. Actualmente, en la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) se desarrollan diversas investigaciones respecto a las características, influencia, beneficios y peligros que este astro representa para la humanidad y la Tierra.

En el Instituto de Geofísica campus Ciudad Universitaria (IG) y en el campus Morelia (IGUM), se realizan estudios sobre radiación solar y clima espacial, es decir, el primero relacionado con la interacción entre la atmósfera y la superficie terrestre al recibir emisiones energéticas del Sol, y el segundo al estudio de las consecuencias y efectos de la actividad solar desde que es emitida hasta que llega a la Tierra.

Climatología espacial

A principios de septiembre de 1859 se observaron fenómenos nunca vistos en ciertas regiones de nuestro planeta, como intensas auroras boreales en países a bajas latitudes como Cuba y Panamá. Esto se debió a una tormenta solar que expulsó una gran nube de partículas cargadas hacia el espacio y que pasó por la órbita de la Tierra. Este hecho fue llamado el evento Carrington en honor al astrónomo inglés Richard Carrington, quien observó el estallido en el Sol y reportó lo sucedido. En aquella época, la tecnología que se utilizaba en las comunicaciones eran los telégrafos, mismos que se vieron afectados por completo.

Según datos de la revista Space Safety, si una tormenta solar similar a la de 1859 ocurriera en esta época en la que la humanidad depende de tecnologías vulnerables a fenómenos de clima espacial, se presentarían pérdidas de hasta por dos trillones de dólares y 10 años para recuperar el funcionamiento y resolución de daños.

Recientemente, el 13 de junio de 2016, el presidente de los Estados Unidos de Norteamérica, Barack Obama, publicó un mandato presidencial para la ejecución del plan de clima espacial de Estados Unidos. Una estrategia para incrementar la resiliencia del país ante los efectos de una tormenta solar extrema. Cabe destacar que se trata del seguimiento de un plan de prevención que ha desarrollado Estados Unidos desde hace más de dos décadas.

El clima espacial estudia los efectos que la actividad solar puede causar a distintos tipos de tecnologías, como por ejemplo fallas en los componentes electrónicos de satélites, fallas en telecomunicaciones y afectaciones a los sistemas de navegación global.

“Las tormentas solares provocan, entre otras cosas, alteraciones en la ionósfera, la capa alta de la atmósfera relacionada a las telecomunicaciones, al ocurrir estos eventos pueden fallar los sistemas de posicionamiento global, radiocomunicaciones y una serie de alteraciones a sistemas tecnológicos de los cuales la sociedad, economía y servicios dependen para su funcionamiento”, explicó el doctor Juan Américo González Esparza, jefe del Servicio de Clima Espacial Mexicano (Sciesmex) del Instituto de Geofísica de la UNAM.

Para el especialista, es muy importante conocer el comportamiento del Sol. Vivimos en contacto con nuestra estrella donde se producen explosiones conocidas como tormentas solares. Las tormentas se manifiestan en tres tipos de eventos. El primero son las explosiones en la superficie llamadas fulguraciones, violentos estallidos de luz que liberan energía. El segundo evento tiene que ver con partículas solares que alcanzan velocidades relativistas que pueden entrar a la atmósfera. La parte peligrosa de estas partículas es que ocasionan daños a componentes de satélites o a la vida de astronautas que realizan caminatas espaciales. También es posible que estas partículas logren atravesar la atmósfera ocasionando afectaciones a la tripulación de vuelos aéreos transpolares.

El tercer evento es el más peligroso de todos, son las eyecciones de masa coronal que son grandes nubes de partículas y campo magnético. Estas nubes se propagan a través del espacio y pueden cruzar la órbita de la Tierra. Al pasar por nuestro planeta se producen variaciones en el campo magnético que inducen corrientes eléctricas que pueden dañar transformadores de alto voltaje. En un caso extremo se podrían provocar apagones globales.

“Una tormenta solar extrema podría provocar la pérdida de sistemas de generación de energía eléctrica en toda la Tierra, una catástrofe planetaria. Motivo por el cual nos interesa conocer, prevenir y prepararnos ante la posibilidad de la ocurrencia de una tormenta solar extrema”, explicó el investigador del Sciesmex.

En 2014, se modificó en México la Ley General de Protección Civil. El diputado Andrés Eloy Martínez Rojas presentó un proyecto legislativo para establecer acciones y medidas necesarias ante eventos solares que pudieran causar problemas a la seguridad, suministro y funcionamiento de sistemas de telecomunicaciones y energéticos.

Servicio de Clima Espacial Mexicano

Atendiendo la necesidad de prevenir este tipo de fenómenos en el país, en octubre de 2014 inició operaciones el Sciesmex de la UNAM, que tiene como uno de sus objetivos operar un sistema de alertamiento temprano de tormentas solares siguiendo protocolos internacionales.

Para el doctor Américo González es necesario el monitoreo continuo de la actividad solar ya que las tormentas solares son como los sismos, no se puede predecir cuándo van a ocurrir.

El Servicio de Clima Espacial ha recibido apoyos del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conayt) incluyendo un proyecto de grupo de Cátedras Conacyt, un Fondo Sectorial de la Agencia Espacial Mexicana (AEM), Problemas Nacionales, el Repositorio Digital y la reciente creación del Laboratorio Nacional de Clima Espacial (Lance), este último en colaboración con la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL).

“Se está desarrollando una estrategia en México, se trata del estudio de un fenómeno natural que requiere de colaboración internacional intensa. Colaboramos con organismos internacionales, algunos inclusive coordinados por la Organización de las Naciones Unidas (ONU)”, añadió.

En marzo de 2015, el Sciesmex fue reconocido como centro regional de alertas del International Space Environment Services (ISES), una red de servicios de clima espacial alrededor del mundo cuyo objetivo es mejorar, coordinar y trabajar con la comunidad encargada de estudiar tormentas solares y clima espacial, institución en la que México y Brasil son los únicos países latinoamericanos en este momento.

Existe además un grupo de trabajo de Clima Espacial en México coordinado por el Sciesmex, el Centro Nacional de Prevención de Desastres (Cenapred) y la Agencia Espacial Mexicana. Este grupo tiene el compromiso de establecer los protocolos de reacción y prevención que indican las modificaciones de Ley General de Protección Civil. En este grupo de trabajo también participan representantes de la Secretaría de Gobernación (Segob), Comisión Federal de Electricidad (CFE), Instituto Federal de Telecomunicaciones (IFT), Secretaría de Defensa Nacional (Sedena), Secretaría de Marina (Semar) y de la Policía Federal, además de instituciones académicas como la Universidad Autónoma de Nuevo León y el Instituto Politécnico Nacional.

Para cumplir con estos compromisos “actualmente trabajamos con el Cenapred y la AEM para crear un protocolo de acción a nivel nacional, similar al que planteó Estados Unidos. Desarrollamos una estrategia de protección civil donde el país debe comenzar a prepararse de la misma manera que se preparan cuando hay huracanes, lluvias torrenciales, erupciones volcánicas o sismos. El país también debe conocer cómo prepararse ante tormentas solares”, comentó el doctor del Instituto de Geofísica.

Este protocolo indicará las acciones del gobierno para actuar en caso de tormenta solar, “la idea es implementar esta estrategia dentro del Plan Nacional de Protección Civil. El siguiente paso sería que todos los usuarios que operan servicios críticos para el país (telecomunicaciones, generación de energía eléctrica, distribución de combustibles, etcétera) deberían crear su propio protocolo”, comentó.

”El Laboratorio Nacional de Clima Espacial es la pieza clave en cuestión de la instrumentación y observaciones. El Lance coordinará y agrupará los diferentes instrumentos que hacen mediciones sobre el Sol, el medio interplanetario, campo magnético de la Tierra y la ionósfera para poder monitorear las condiciones de clima espacial en México. Todos estos instrumentos pertenecen a redes mundiales y proporcionan datos únicos de la región. Los datos obtenidos serán fundamentales para estimar la vulnerabilidad de nuestro sistema tecnológico”, concluyó el doctor Juan Américo González Esparza.

Energía solar, energía limpia

En el IG de la Ciudad de México, dentro de las diversas ramas de investigación que se realiza, la sección de radiación solar es la encargada de medir la radiación que llega a la superficie terrestre y que es producida por la estrella más cercana, el Sol. A lo largo de 30 años se han implementado servicios e instrumentación para cumplir con la meta, misma que le ha valido para formar parte de la Organización Meteorológica Mundial como un Centro Regional de Medición de la Radiación Solar de Centroamérica, Norteamérica y el Caribe, es decir la IV Región. Este grupo de investigación es único en América Latina.

“Conocer qué cambios cualitativos y cuantitativos ocurren en la radiación solar al llegar a la Tierra, la evaluación del recurso solar en la superficie son las áreas a las que dedicamos más investigación”, comentó el doctor Mauro Valdés Barrón, coordinador de la sección de radiación solar del IG.

La radiación solar percibida fuera de la atmósfera es constante, pues la distancia entre el Sol y la Tierra varía poco respecto a las grandes distancias que representan. Sin embargo, al tratarse de la radiación que se percibe dentro de la atmósfera, esta sufre una serie de cambios cuantitativos por ejemplo cuando hay nubosidad o la capa de ozono interactúa con la luz ultravioleta C y la absorbe. “La radiación solar que llega a la Tierra representa muchas frecuencias y longitudes de onda del espectro que son absorbidas por vapor de agua y gases atmosféricos suspendidos”, agregó.

En su camino a la superficie terrestre, esta radiación interactúa con todo el medio de tal manera que la gráfica espectral es considerablemente diferente al comparar la radiación entrante a la atmósfera y la que toca la superficie terrestre, esto en términos de calidad y cantidad. Durante todos estos cambios se producen variaciones en la intensidad de algunos fenómenos meteorológicos y, una vez en la Tierra, esta radiación es capaz de influenciar el comportamiento de algunos fenómenos climatológicos.

La energía o radiación del Sol puede ser aprovechada como energía renovable al convertirla en electricidad, se le llama energía solar fotovoltaica. Para poder aplicarla y aprovecharla como suministro de energía, es necesario conocer la cantidad o distribución temporal y calidad o irradiación de la radiación y así definir la instrumentación que se utilizará. “También tenemos que conocer la calidad de la energía que nos llega, porque no es lo mismo la radiación de 800 watts por metro cuadrado a través de nubes tenues a recibir 800 watts por metro cuadrado en un cielo despejado”, explicó.

La tecnología usada para el aprovechamiento de esta energía debe cumplir con dos características básicas: el umbral de funcionamiento o conocer el mínimo de energía para comenzar a realizar su proceso y la energía mínima que necesita para alcanzar su máxima eficiencia. Al contar con ambos y conociendo la distribución energética y temporal de la radiación solar, se conocerá precisamente cuál será su desempeño, así lo explica el IG en el artículo «Energía solar disponible«.

Para conocer la distribución espacial y temporal de la radiación solar anual en México, este instituto trabaja en el Inventario Nacional del Recurso Solar, uno de los proyectos del Centro Mexicano de Innovación en Energía Solar (Cemiesol), centro establecido por el Conacyt y la Sener. Dentro de este proyecto, el IG participa junto con el Instituto de Energías Renovables de la UNAM, el Instituto de Investigaciones Eléctricas, centros de investigación del IPN y diversas universidades del interior de la república.

Anterior a la implementación de este proyecto solo existían tres estaciones de medición solar pero ya existía el interés por describir la radiación en México. Algunos centros de investigación realizaban sus estudios con comparaciones de algunos fenómenos meteorológicos y otros con la utilización de imágenes satelitales de la Tierra.

“Este proyecto está dividido en dos etapas. La primera es crear una red nacional de referencia, es decir, estaciones que cumplan con todos los requerimientos que marca la Organización Meteorológica Mundial (WMO), de tal manera que la información generada esté garantizada”, agregó.

Para colocar las estaciones y antenas correspondientes se realizaron estudios de regionalización que involucran condiciones climáticas, topografías, albedo. En las zonas determinadas como las más factibles fueron colocadas estaciones de radiación solar que pueden detectar 14 componentes de esta, más la meteorología clásica como temperatura, humedad relativa, presión atmosférica, entre otras. “A la par de esta, otros miembros del proyecto implementan distintos modelos en los cuales a partir de imágenes satelitales se pueda calcular o modelar la radiación solar en superficie. Actualmente ya tenemos los modelos y las observaciones funcionando correctamente”, añadió.

 La UNAM también cuenta con el Observatorio Solar Mexicano de Gran Altura (Osomega) ubicado en el volcán de Sierra Negra en Puebla, cuya función es observar las emisiones solares en la frecuencia de radio ondas en milimétrico y centimétrico durante ráfagas solares. Y también con un radio interferómetro solar que permite conocer las emisiones en microondas de regiones activas del Sol.

Fuente: CONACYT.