El hallazgo que ayudará a prever las tormentas solares con mayor precisión

En un mundo que depende de satélites para orientarse y comunicarse, y de las redes eléctricas para funcionar, un fenómeno invisible en la alta atmósfera terrestre puede marcar la diferencia entre la normalidad y el caos. En este contexto, el equipo de heliofísica de la Universidad de Murcia (UMU) acaba de aportar nuevas piezas a ese complejo e incipiente rompecabezas que es la meteorología espacial, al cuantificar con mayor precisión cómo escapan los iones de oxígeno desde nuestra atmósfera hacia el espacio y cómo interactúan con el viento solar. Un avance que, aunque técnico, apunta a mejorar la capacidad de anticipar tormentas solares o geomagnéticas, las mismas que pueden dejar fuera de servicio un GPS o alterar de manera repentina la órbita de un satélite.

El estudio, liderado por el investigador Víctor Montagud y coliderado por Sergio Toledo Redondo, y en el que participa un equipo internacional coordinado desde la UMU, se basa en los datos de la misión Magnetospheric Multiscale (MMS) de la NASA, cuatro satélites que vuelan en formación desde 2015. Estas naves han permitido observar con gran detalle cómo el viento solar, es decir, aquella corriente continua de partículas que fluye desde el Sol, se topa con el campo magnético terrestre.

«Este fenómeno se comporta como el agua de un río que fluye y, al toparse con el campo magnético terrestre, lo rodea como si fuera una roca. Pero a veces, ese ‘agua solar’ encuentra huecos por donde colarse», explica Montagud. Cuando esto ocurre, el espacio próximo a la Tierra se convierte en una mezcla de partículas solares y partículas de origen terrestre, como si dos corrientes de aire se encontraran.

Ese flujo no es despreciable. Según explica Sergio Toledo Redondo, profesor de la Facultad de Química de la UMU y coautor del estudio, «hemos cuantificado y localizado mejor el escape de los iones de oxígeno que vienen de la atmósfera terrestre y están flotando, orbitando, pululando por el entorno espacial terrestre. También el tiempo de tránsito que tienen desde que están en la alta atmósfera hasta que llegan a las zonas donde se mezclan con las partículas del Sol».

La mayor parte de las partículas en la magnetosfera terrestre, según el investigador de la UMU, son átomos de hidrógeno, el elemento más ligero de la tabla periódica. El oxígeno, en cambio, es dieciséis veces más pesado. Aunque su abundancia relativa sea menor, su efecto en los procesos físicos es enorme.

«Las partículas de oxígeno que escapan de la Tierra son importantes porque son muy pesadas. Aunque haya pocas, cambian mucho la masa del entorno espacial terrestre. Y al cambiar la masa, se modifican de forma significativa los procesos naturales que se dan allí», explica Toledo.

El trabajo de la UMU no rompe con lo que ya se sabía, pero añade una precisión inédita. Ahora se conoce con mayor detalle dónde se encuentra ese oxígeno, cómo circula, a qué velocidad y cuánto tarda en desplazarse tras ser expulsado de la atmósfera. Esta información es valiosa para los grupos internacionales que trabajan en modelos tridimensionales de predicción del tiempo espacial.

Un campo emergente

La disciplina de la «meteorología espacial» aún es joven. «A día de hoy no tenemos sistemas fiables quizá más allá de unas horas», reconoce Toledo. Los científicos pueden observar una llamarada solar o una eyección de masa coronal con telescopios, pero predecir su intensidad, velocidad o trayectoria sigue siendo una tarea extremadamente difícil.

La contribución de la Universidad de Murcia se sitúa en el tramo final de esa cadena: cómo esos fenómenos solares afectan al entorno cercano de la Tierra. Cuanto mejor se caracterice este espacio -hasta unos 100.000 kilómetros de distancia-, más precisas podrán ser las simulaciones que predigan los impactos sobre satélites, astronautas o infraestructuras terrestres.

«Estamos aportando datos para los modelos. Nosotros no hacemos modelos, pero nuestros resultados ayudan a que se refinen. Y defendemos que este escape de partículas es una variable importante que también se tiene que tener en cuenta para modelar este tipo de procesos».

Un riesgo real

Los efectos de una tormenta solar no son abstractos. El 11 de mayo de 2024, una tormenta geomagnética de clase G5, la más intensa registrada en los últimos 35 años, dejó huella en la Tierra: auroras boreales visibles desde la Región de Murcia o Canarias. Un espectáculo visual muy poco común que vino acompañado de problemas técnicos.

«Todos los satélites en baja órbita cambiaron súbitamente su trayectoria», recuerda Toledo. «Eso obliga a las agencias espaciales a enviar órdenes de corrección inmediatas. Pero también se suma al problema de la basura espacial. Miles de fragmentos sin control alteraron su órbita al mismo tiempo, lo que complicó el seguimiento y elevó el riesgo de colisiones contra los satélites durante horas o días».

A este tipo de incidentes que puede causar una tormenta solar se pueden sumar otros más cotidianos pero igualmente críticos: la interrupción temporal de la señal GPS, que puede suponer un problema serio para la aviación civil.

Las aplicaciones de contar con mejores predicciones son múltiples, asegura el investigador de la UMU. En la Tierra, los controladores aéreos podrían anticipar fallos en la señal GPS y ajustar despegues y aterrizajes. Los operadores de satélites tendrían la opción de modificar órbitas para minimizar la exposición en zonas de alta radiación. Y de cara a los hipotéticos viajes a la Luna y a otros planetas, las agencias espaciales estudian incluso «refugios» dentro de las naves interplanetarias para proteger a los astronautas durante episodios de alta radiación, asegura Toledo.

«Poder avisar a los astronautas de que deben meterse en el refugio porque viene una tormenta solar o una eyección de protones de alta energía es un ejemplo claro de por qué interesa anticiparse», señala el investigador.

Los retos

El horizonte ideal, según Toledo, es «contar con predicciones fiables a varios días vista, e incluso semanas», algo equivalente a lo que hoy tenemos en la meteorología terrestre. Pero el reto es monumental. El Sol libera energía de forma impredecible y, aunque se puedan observar las llamaradas que libera, conocer su densidad, velocidad o la orientación de su campo magnético es todavía una frontera científica, explica el investigador.

Mientras tanto, avances como el de la UMU consolidan una idea: sin entender bien el papel del oxígeno terrestre en este delicado equilibrio, las predicciones seguirán incompletas.