¿El clima espacial amenaza la vida de alta tecnología?

Una eyección de masa coronal estalla desde el sol en 2012. Imagen a través de la NASA.

Por Roger Dube, Instituto de Tecnología de Rochester

Poco después de las 4 de la mañana, en una fresca y despejada mañana de septiembre de 1859, el cielo sobre lo que actualmente es Colorado estalló en brillantes colores rojo y verde. Engañados por el brillo al pensar que era un amanecer temprano, los mineros de la fiebre del oro en la región montañosa de lo que entonces se llamaba el territorio de Kansas se despertaron y comenzaron a preparar el desayuno. Lo que sucedió en las regiones más desarrolladas fue aún más desorientador y conlleva una advertencia para el mundo de alta tecnología por cable del siglo XXI.

A medida que el cielo se iluminaba sobre el lado nocturno de la Tierra, los sistemas de telégrafo en todo el mundo se volvieron locos, descifrando códigos sin sentido y emitiendo grandes chispas que encendieron incendios en pilas cercanas de cinta de papel. Los operadores de telégrafos sufrieron quemaduras eléctricas. Incluso desconectar las unidades de telégrafo de sus fuentes de energía no detuvo el frenesí, porque los cables de transmisión transportaban enormes corrientes eléctricas. La tecnología moderna acababa de ser humillada por una feroz tormenta de clima espacial que había llegado del sol, la más grande jamás registrada, y más del doble de poderosa que una tormenta nueve años antes, que había sido la más grande en la historia conocida.

Mis siete años de investigación sobre la predicción de tormentas solares, combinados con mis décadas usando señales de satélite GPS bajo varias condiciones de tormenta solar, indican que los electrónicos y satélites aún más sensibles de hoy en día serían devastados si ocurriera un evento de esa magnitud nuevamente. En 2008, un panel de expertos comisionados por la Academia Nacional de Ciencias emitió un informe detallado con una conclusión aleccionadora: el mundo volvería a la vida de principios de 1800 y tomaría años, o incluso una década, recuperarse de un evento tan grande.

Una explosión solar

Las tormentas del clima espacial han sucedido desde el nacimiento del sistema solar, y han golpeado la Tierra muchas veces, tanto antes como después de ese evento masivo en 1859, que se llamó el evento de Carrington en honor a un astrónomo británico que registró sus observaciones del sol en ese momento. . Son causados ​​por enormes explosiones electromagnéticas en la superficie del sol, llamadas eyecciones de masa coronal. Cada explosión envía miles de millones de protones y electrones, en una bola de plasma sobrecalentada, al sistema solar.

Aproximadamente uno de cada 20 eyecciones de masa coronal se dirige en una dirección que intersecta la órbita de la Tierra. Alrededor de tres días después, nuestro planeta experimenta lo que se llama una tormenta de clima espacial o una tormenta geomagnética.

Si bien estos eventos se describen utilizando términos como "clima" y "tormenta", no afectan si llueve o hace sol, hace calor o frío, u otros aspectos de lo que es al aire libre en un día determinado. Sus efectos no son meteorológicos, sino solo electromagnéticos.

Imagen vía NASA / Terry Zaperach.

Golpeando la tierra

Cuando la eyección de masa coronal llega a la Tierra, las partículas cargadas chocan con las moléculas de aire en la atmósfera superior, generando calor y luz llamada aurora.

Además, como sucede cada vez que las cargas eléctricas en movimiento se encuentran con un campo magnético, la interacción crea una corriente eléctrica espontánea en cualquier conductor que esté disponible. Si la bola de plasma es lo suficientemente grande, su interacción con el campo magnético de la Tierra puede inducir grandes corrientes en cables largos en el suelo, como el que sobrecargó los circuitos telegráficos en 1859.

El 13 de marzo de 1989, una tormenta de solo un quinto de la intensidad del evento de Carrington golpeó la Tierra. Indujo un gran aumento de corriente en las largas líneas eléctricas de la red eléctrica Hydro-Quebec, causando daños físicos a los equipos de transmisión y dejando a 6 millones de personas sin electricidad durante nueve horas. Otra sobretensión inducida por la tormenta destruyó un gran transformador en una planta nuclear de Nueva Jersey. A pesar de que había cerca un transformador de repuesto, todavía tomó seis meses retirar y reemplazar la unidad derretida. A algunas personas les preocupaba que las brillantes luces aurorales significaran que la guerra nuclear había estallado.

Y en octubre de 2003, una serie rápida de tormentas solares afectó a la Tierra. Colectivamente llamada tormenta solar de Halloween, esta serie causó oleadas que amenazaron la red eléctrica de América del Norte. Sus efectos en los satélites hicieron que la navegación GPS fuera errática e interrumpió las conexiones de comunicaciones durante el pico de la tormenta.

Las tormentas más grandes tendrán efectos más amplios, causarán más daño y demorarán más en recuperarse.

Efectos de gran alcance

Las tormentas geomagnéticas atacan el alma de la tecnología moderna: la electricidad. Una tormenta de clima espacial generalmente dura dos o tres días, durante los cuales todo el planeta está sujeto a poderosas fuerzas electromagnéticas. El estudio de la Academia Nacional de Ciencias concluyó que una tormenta especialmente masiva dañaría y cerraría las redes eléctricas y las redes de comunicaciones en todo el mundo.

La electricidad, que se muestra en la esquina superior derecha, está integrada en todos los aspectos de la vida moderna. Imagen a través de la Comisión Federal de Comunicaciones.

Después de que pasara la tormenta, no habría una manera simple de restaurar el poder. Las plantas de fabricación que construyen reemplazos para líneas quemadas o transformadores de energía no tendrían electricidad. Los camiones necesarios para entregar materias primas y equipos terminados tampoco podrían cargar combustible: las bombas de gas funcionan con electricidad. Y qué bombas estaban funcionando pronto se secarían, porque la electricidad también hace funcionar la maquinaria que extrae el petróleo del suelo y lo refina en combustible utilizable.

Con el transporte estancado, la comida no llegaría de las granjas a las tiendas. Incluso los sistemas que parecen no tecnológicos, como los suministros públicos de agua, se cerrarían: sus bombas y sistemas de purificación necesitan electricidad. Las personas en los países desarrollados se encontrarían sin agua corriente, sin sistemas de alcantarillado, sin alimentos refrigerados, y sin forma de transportar alimentos u otras necesidades desde muy lejos. Las personas en lugares con economías más básicas también estarían sin los suministros necesarios desde lejos.

Podría tomar entre cuatro y 10 años reparar todo el daño. Mientras tanto, las personas tendrían que cultivar sus propios alimentos, encontrar y transportar y purificar agua, y cocinar comidas al fuego.

Algunos sistemas continuarían funcionando, por supuesto: bicicletas, carruajes tirados por caballos y veleros. Pero otro tipo de equipo que seguiría funcionando proporciona una pista para prevenir este tipo de desastre: los autos eléctricos continuarían funcionando, pero solo en lugares donde había paneles solares y turbinas eólicas para recargarlos.

Preparando y protegiendo

Las tormentas geomagnéticas afectarían esas instalaciones a pequeña escala mucho menos que los sistemas a escala de red. Es un principio básico de electricidad y magnetismo que cuanto más largo es un cable que está expuesto a un campo magnético en movimiento, mayor es la corriente que se induce en ese cable.

En 1859, el sistema de telégrafo se vio tan profundamente afectado porque tenía cables que se extendían de una ciudad a otra en los Estados Unidos. Estos cables muy largos tuvieron que manejar enormes cantidades de energía de una vez, y fallaron. Hoy en día, hay largos tramos de cables que conectan los generadores de energía a los consumidores, como desde las Cataratas del Niágara hasta la ciudad de Nueva York, que serían igualmente susceptibles a las grandes corrientes inducidas.

La única forma de reducir la vulnerabilidad a las tormentas geomagnéticas es renovar sustancialmente la red eléctrica. Ahora, es una vasta red de cables que efectivamente abarca continentes. Los gobiernos, las empresas y las comunidades necesitan trabajar juntos para dividirlo en componentes mucho más pequeños, cada uno sirviendo a una ciudad o quizás a un vecindario, o una casa individual. Estas "microrredes" se pueden conectar entre sí, pero deben tener protecciones incorporadas para permitir que se desconecten rápidamente cuando se acerca una tormenta. De esa manera, la longitud de los cables afectados por la tormenta será más corta, reduciendo el potencial de daños.

Una familia que usa paneles solares y baterías para almacenamiento y un automóvil eléctrico para desplazarse probablemente vería interrumpido su suministro de agua, gas natural o servicio de internet. Pero su libertad para viajar y usar luces eléctricas para trabajar después del anochecer, proporcionaría una oportunidad mucho mayor de supervivencia.

¿Cuándo llegará la próxima tormenta?

La gente debería comenzar a prepararse hoy. Es imposible saber cuándo llegará una tormenta mayor: lo máximo que obtendremos es una advertencia de tres días cuando algo sucede en la superficie del sol. Realmente es solo cuestión de tiempo antes de que haya otro como el evento Carrington.

Los astrofísicos solares también están estudiando el sol para identificar cualquier evento o condición que pueda anunciar una eyección de masa coronal. Recopilan enormes cantidades de datos sobre el sol y utilizan análisis informáticos para intentar conectar esa información con tormentas geomagnéticas en la Tierra. Este trabajo está en marcha y se volverá más refinado con el tiempo. La investigación aún no ha arrojado una predicción confiable de una tormenta solar que se avecina antes de que ocurra una eyección, pero mejora cada año.

En mi opinión, el curso de acción más seguro implica el desarrollo de microrredes basadas en energía renovable. Eso no solo mejoraría la calidad de vida de las personas en todo el planeta en este momento, sino que también brindaría la mejor oportunidad para mantener ese estilo de vida cuando ocurren eventos adversos.

Roger Dube, Profesor de Investigación de Ciencia de Imágenes, Instituto de Tecnología de Rochester

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lee el artículo original.

En pocas palabras: según un científico que estudia las tormentas solares, la Tierra cableada del siglo XXI está a merced de la naturaleza volátil del sol.