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              Corferias, Bogotá - Colombia – Junio 23 a 29 de 2008




                                   Bajo un
Sol abraZador
La Tierra en el Viento Solar
                                       Jorge Zuluaga, Dr.
               Grupo de Física y Astrofísica Computacional
                                 Instituto de Física U. de A.
                                              Física, U     A
        zuluagajorge@gmail.com - http://jzuluaga.blogspot.com
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                                            ... abraZador ...




abrasador
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                                                                                     Contenido

       Prólogo: el año heliofísico internacional
            g
Introducción
                                                  Anatomía d
                                                  A t í de un gigante
                                                               i   t
La heliosfera
                                                         La Tierra frente al Sol
Rayos y centellas: Sol y Clima
                                                        Meteorología espacial
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         El Año Heliofísico Internacional
• 2007-2009: Año Heliofísico Intenacional (AHI)
                                    http://ihy2007.org
• El legado natural Año Geofísico (IGY57) y de los
                                  (        )
  Años Polares Intenacionales (IPY83, IPY33)
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El Año Heliofísico Internacional

Objetivos primarios:
   – Ad
     Advancing our U d
            i       Understanding of th Heliophysical Processes that
                            t di      f the H li h i l P           th t
     Govern the Sun, Earth and Heliosphere
   – Continuing the tradition of international research and advancing the
     legacy on the 50th anniversary of the International Geophysical Year
   –DDemonstrating th Beauty, R l
              t ti the B      t Relevance and Significance of Space and
                                                d Si ifi      fS         d
     Earth Science to the World


Eventos relacionados:
  – Año Polar Internacional IPY 2007-2009
                                                                                              http://www.ipy.org
   – Año Internacional del Planeta Tierra IYPE
     2007-2008
                                                                  http://www.yearofplanetearth.org
   – Año Geofísico Electrónico eGY 2007-2008
                                                                                            http://www.egy.org
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                                                                            Introducción
• El Sol…
                                        … Una gigantesca y “aparentemente”
                                                  estable fuente de energía


• 95% Energía solar que llega a la Tierra…
                                      … Luz y “calor”
                                    … el motor de prácticamente toda
                            la dinámica de la atmósfera y la biósfera
                                                             biósfera…

• 5% de energía solar llega en formas menos
             g           g
  evidentes …
                         … ¿cuáles son sus efectos?
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Introducción




                  ¿Qué tan bien conocemos a nuestra estrella “madre”?
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                      Anatomía de un Gigante
El Sol en pocas p
          p     palabras...
  – Esfera de plasma con 200 veces el diametros de
    la Tierra y ∼10 millones de veces su volumen
  – Muy caliente: 15 millones ºC - 6,000 ºC
  – Alimentado por reacciones de fusión nuclear …
             … 300 000 b b H (1 Mt )/
                300,000 bombas       Mton)/segundo
                                                 d
    Energía para alimentar a TODA la Tierra por 1 millón de
                                                       años
  – Fuente de radiación electromagnética (luz y
    calor), partículas de alta energía, campos
    magnéticos,
    magnéticos ...
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Anatomía de un Gigante

Anatomía solar:
  – Núcleo: fuente de energía
  – Manto: inestable hidrodinámicamente,
    convección…
    convección
       …Origen de un poderoso campo magnético
  – Superficie: Fotosféra, fuente de luz
                Fotosféra            luz…
        … burbujeante e inestable magnéticamente
  – Envoltura:
     • Cromosféra: Enrarecida y caliente (<100,000 C)
     • Corona: muy caliente (>1 MC)
                 y          (      )
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Anatomía de un Gigante
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Anatomía de un Gigante

Fisiología solar:
   – Dinámica Envoltura: dominada magnéticamente
   – Fenómenos “atmosféricos”:
     •MManchas solares: materia atrapada por “t b i ”
            h     l          ti t        d     “tuberias”
       magnéticas (4000 ºC, brillo luna llena)
     • Fulguraciones (
          g          (flares): explosiones de energía
                             )   p                 g
       magnética sobre regiones de manchas…
                  … 1 millón de veces energía de terremoto!
     • Prominencias: erupciones en corona de plasma
       canalizadas por campos magnéticos
     • Ejecciones de masa coronal (CME)…
        … “eruptos” de plasma (1-10 mil M. de ton) lanzados
                       violentamente al medio inetrplanetario
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Anatomía de un Gigante
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Anatomía de un Gigante

                                                             Manchas y granulación
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Anatomía de un Gigante

                                                                                   Fulguraciones
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Anatomía de un Gigante

                                                                                    Prominencias
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Anatomía de un Gigante

                                                Eyecciones de masa coronal
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Anatomía de un Gigante

El Sol tiene un humor variable...
                                                                                      El Ciclo Solar
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Anatomía de un Gigante
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Anatomía de un Gigante
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Anatomía de un Gigante
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                                                                        La heliósfera
• Corona solar no esta en equilibrio...
        ... se expande y extiende de forma turbulenta
           muchos más allá de las vecindades del Sol
• En realidad preacticamente todo el Sistema
  Solar esta sumergido en ella...
                                ... Un Sol AbraZador!
• A la suma de todo lo que hay en esa extendida
  atmósfera solar...
         ... Partículas, campos magnéticos, radiación
                                                                              HELIÓSFERA
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La heliósfera
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La heliósfera

• La Heliósfera no es estática...
                     ... Un flujo permanente de partículas y
       campos magnéticos emana del Sol hacia la heliopausa
• El viento solar:
      it      l
   – Partículas cargadas (protones, electrones), velocidades
     medias (∼300 km/s = 1 millón km/h)
   – Densidad menor que la del más perfecto vacío…
      … en 1 cm3 de aire más partículas q en 1000 km3 de
                               p          que
                                                   viento solar
   – Viento solar transporta campo magnético solar más allá
     de su atmósfera
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La heliósfera
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                                    La Tierra frente al Sol
• La heliósfera llena el Sistema Solar e interactúa con
  los cuerpos que lo constituyen...
                      ... la Tierra misma esta sumergida
                                    y es afectada por ella!
                                          f td         ll !

• La Tierra tiene 2 barreras o interfaces, que moderan
  y modulan los efectos del Sol en el planeta:
                                                                     La magnetósfera
                                                                        La atmósfera
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La Tierra frente al Sol

La magnetósfera...
   – Tierra rodeada de un campo magnético organizado,
     aprox. dipolar, fuente en el núcleo del planeta
   – Campo magnético organiza el flujo de partículas
     cargadas alrededor del planeta...
               ... Partículas provenientes del p
                               p               planeta y del Sol
   – Campo magnético de la Tierra domina el flujo de
     partículas hasta que los campos magnéticos
     interplanetarios (IMF) se vuelven más i t
     it l      ti                   l      á intensos
   – Cavidad resultante: MAGNETÓSFERA
                         ... Descubierta en 1958 por Explorer 1
                                                              1,
                                 Producto también del IGY 1957
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La Tierra frente al Sol




                                                                                  Magnetocola
                                                                 10 RT                                        200 RT

                                                                      Cinturones de
                                                                      Van Allen
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La Tierra frente al Sol

La atmósfera: la envoltura gaseosa de la Tierra…
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La Tierra frente al Sol


¿Qué sucede cuando los efectos de
       la intensa actividad en la
     atmósfera solar (viento solar,
   erupciones de masa radiación)
                   masa,
 interactúan con las interfaces de la
  Tierra y el medio interplanetario?
  Ti         l  di i t    l    t i?
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                                            Invitan a:




 http://urania.udea.edu.co/cocoa2008
 http://urania udea edu co/cocoa2008
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                                                    Rayos y Centellas
• La relación entre la actividad solar y el clima es
  ampliamente reconocida...
      li     t          id
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Rayos y Centellas
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Rayos y Centellas
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Rayos y Centellas
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Rayos y Centellas
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Rayos y Centellas

  ¿Incluyen las simulaciones todo lo que deberían incluir?
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Rayos y Centellas

• Existen sin embargo efectos más directos del Sol sobre la
  Tierra, d más i
  Ti      de á inmediato efecto...
                     di t f t
                          ... PROBABLEMENTE peores para
                       nuestra sensible sociedad tecnológica
• Efecto mejor conocido…
                                                                           … aurora boreal…
   – Electrones desde los cinturones de radiación insertados en
     atmósfera!
   – Visibles en latitudes altas (no polos!)
         Pero, que puede haber de malo en un poco de luces
                                                  “artificiales”…
   1909: operadores de telegrafía descubren daños en equipo
      por corrientes eléctricas inducidas por actividad auroral!
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Rayos y Centellas

• Aunque magnetosfera y atmósfera parecen proteger
  Tierra…
                … efectos secundarios y directos de interacción
      magnetósfera viento solar y atmósfera radiación solar…
• Importantes efectos actividad humana! (y animal)
    p                                            )


• Condición y estado de los procesos de interacción Tierra
                                                    Tierra-
  Medio interplanetario…

                  … Cli
                    Clima                    espacial (space weather)
                                                  i l(           h)
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Rayos y Centellas

 Literalmente…
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Rayos y Centellas
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Rayos y Centellas

EFECTOS EN EL ESPACIO

3 efectos principales:
          p     p
  – Exposición astronautas radiación ionizante

  – Decaimiento inducido de orbitas satelitales

  – Alteración o destrucción de electrónica sensible
    en plataformas espaciales
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Rayos y Centellas

Exposición a Radiación Ionizante
  – En alta atmósfera y espacio: fuera de envoltura
    protectora
  – Fulguraciones solares: emisión de radiación
    energética y partículas de alta energía …
      … exposición en el espacio a estas radiaciones
             incrementa riesgos de Cancer o pueden
                                    producir muerte
                                    prod cir la m erte
  – Durante evento clima espacial flujo se
    incrementa en factores de 10 000!
                               10,000!
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Rayos y Centellas
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Rayos y Centellas

Decaimiento órbitas satélites…
  – Absorción de radiación en ionósfera…
                         … Incrementa temperatura e
                      induce expansión de atmósfera
  – Fuerzas de arrastre en satélites aumenta con
    eventos intensos del clima espacial
  – Implica correcciones costosas de órbitas y hasta
       p
    la caída de plataformas (Skylab, ‘79)
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Rayos y Centellas

Destrucción electrónica
  – Partículas de alta energía que penetran
    electrónica de satélites…
                               … destruyen o alteran
               elementos electrónicos (Ej. Memorias)
          … inducen cargas electricas diferenciales y
                 descargas que destruyen elementos
  – 1995: Satélite de $5M destruído después de
    explosión solar
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Rayos y Centellas

EFECTOS EN LA SUPERFICIE
        Eventos más importantes y dañinos...
Tormentas Geomagnéticas:
  – Intensificación de viento solar por CME…
               …i t
                  intensa alteración d magnetosfera
                            lt    ió de       tf
              (magnetopausa se reduce a la mitad)…
  – Campos magnéticos variables ind cen
                           ariables inducen
    corrientes eléctricas parasitas en atmósfera y en
    la Tierra
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Rayos y Centellas

4 sistemas particularmente sensibles:
   – Comunicaciones (navegación,
     comunicaciones intercontinentales,
     GNSS, etc.)
   – Redes de distribución eléctricas
   – Sistemas biológicos dependientes de
     geomagnetismo
   – Tuberías de gran escala
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Rayos y Centellas

Comunicaciones
  – Muchos sistemas humanos dependen de
    comunicaciones con ondas EM

  – Tormentas Geomagnéticas tienen 2 efectos
    principales en sistemas de comunicaciones:
     • Interferencia directa radioemisión solar y campos EM
       de tormenta geomagnética
     • Alteración propiedades EM ionosfera
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Rayos y Centellas

  – Sol es poderosa fuente de radio-ondas…
     • Radio-emision se incrementa durante eventos
       intensos
     • Sistemas de comunicaciones que dependen de esas
       radioondas reciben interferencia que los hace
       inoperativos
     • Importante efecto: comunicaciones en sistemas de
       navegación!
  – M h sistemas d comunicación requieren
    Muchos i t        de        i  ió   i
    propiedades particulares ionosfera…
     • Comunicaciones intercontinentales: reflexión de radio
       ondas en ionosfera
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Rayos y Centellas

     • Durante eventos de clima espacial Frecuencia
       Maxima Usable (MUF) cambia!
                              cambia!…
     … señales que dependen de reflexión se ven afectados
             (estaciones de radio, sistemas de radar de largo
                                                 alcance, etc.)
                                                  l        t)
     • Señales de GNSS (GPS, GLONASS, Galileo) en
       ionosfera se refractan…
      … su trayectoria no es rectilinea lo que debe corregirse
                       para calcular posición usando sistema
     • Durante eventos de clima espacial índice de
       refracción de ionosfera se modifica obligando
       correciones mayores (o falla) de posicionamiento!
Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008
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Rayos y Centellas

Redes de distribución eléctricas:
  – En tormentas geomagnéticas corrientes
    eléctricas inducidas en conductores…
             … Geomagnetic Induced Currents (GIC)
  – En sistemas de distribución de energía
    eléctrica…
                 … particularmente sensibles a GICs:
     transformadores que sufren daños temporales o
                                       permanentes
  –MMarzo 1989: A
            1989 Apagon d 9 h
                          de horas en Q b
                                       Quebec
    afectando 9 millones de personas!
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Rayos y Centellas

  – Perdidas por tormentas geomagnéticas…
            … $100s M/año en paises desarrollados
Tuberías:
  – Largas tuberías hechas de conductores pueden
    verse afectadas por GICs
  – GICs alteran sensores instaladas a lo largo de
    tuberías produciendo lecturas erradas del flujo
  – GICs favorecen deterioro de la tuberia al
    incrementar el ritmo de corrosión
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Rayos y Centellas

Sistemas biológicos:
   – Algunas aves y abejas dependen de
     geomagnetismo para orientación
   – Ha sido demostrado que palomas pierden 20%
     de precisión en orientación durante eventos de
     clima espacial
      li         il
   – Otros estudios han probado efectos sobre
     abejas
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                                 Climatología Espacial
Podemos evitar o prepararnos p
                  pp           para los efectos
          dañinos de clima espacial?
                                            SI!
    Monitoreo permanente del Sol y actividad
  solar es realizado por varias plataformas en
                      el espacio y en Tierra…
… “constelación” GOES Yohkoh, TRACE (Transition
   constelación GOES, Yohkoh
    Region and Coronal Explorer), SOHO (Solar and
         Heliospheric Observatory), ACE (Advanced
                             Composition Explorer)
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Climatología Espacial

Escalas de tiempo de efectos Sol-Tierra
  – Radiación electromagnética: 8 minutos
    … ionosfera, comunicaciones, radio interferencia
  – Partíclas: 20 minutos
                … exposición p g
                     p       peligrosa en el espacio
                                               p
  – Materia producida por CME: 30 a 72 horas
                        … tormentas geomagnéticas
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Climatología Espacial

Particularmente importante:
  – Estudio de correlación entre eventos atmósfera
     solar y eventos clima espacial
  – Seguimiento de evolución actividad solar
      Estudio estadístico de correlación permite crear
                                         predictores…
  … indicadores que permiten predecir aparición de efectos a
                   corto (horas) o mediano plazo (semanas)
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Climatología Espacial

Centraliza operaciones de monitoreo...
                   SEC: Space Weather Operations
                            http://www.sec.noaa.gov
                                                 g
  – Información en tiempo real de clima espacial
                     (p
                     (http://www.sec.noaa.gov/SWN)
                                          g        )
  – Generación de alertas de clima espacial
                  http://www.sec.noaa.gov/Data/info/
                                      WWWdoc.html
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Climatología Espacial

  – Clasificación de eventos:
     • Tormentas Geomagnéticas
     • Tormentas de Radiación Solar
     • “Apagones” de radio (Radio Blockout)


  – D t d cada evento existen una serie d
    Dentro de d            t    it        i de
    categorías bien definidas que permiten
    identificar los efectos del evento
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                                            Gracias!
                                            G   i!
                            Esta conferencia puede ser descargada de:
                                       http://urania.udea.edu.co/facom
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                        Lecturas Recomendadas
Sitios en internet:
   – http://www.sec.noaa.gov
   – http://helios.gsfc.nasa.gov/
   – http://www.windows.ucar.edu/spaceweather/
     basic_facts.html
   – http://www sec noaa gov/Curric 7-12/index html
     http://www.sec.noaa.gov/Curric_7 12/index.html
   – http://solar.physics.montana.edu/ypop/Nuggets
   – http://snr.unl.edu/metr351-03/twittman/impacts.html
        p                                     p
   – http://snr.unl.edu/metr351-03/twittman/warmornot.html
   – http://www2.metoffice.gov.uk/faqs/2.html
Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008




Lecturas Recomendadas

Lecturas:
  – El Sol y el Cambio Climático: ¿es
    incontrovertible la idea de un calentamiento
    global antropogénico?. Jorge Zuluaga.
    Innovación y Ciencia, Vol. XIV, No. 4, 2008.
     [Referencias incluidas en él]
     [R f     i i l id
  – The Sun’s Role in Climate Variations. D. Rind.
    Science, Vol. 296, Pag. 605.
    Science Vol 296 Pag 605
  – La Historia del Sol y el Cambio Climático.
    Manuel Vasquez Mc Graw-Hill (1998)
            Vasquez, Mc. Graw Hill

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Bajo Un Sol Abrazador Cp

  • 1. Campus Party Colombia Corferias, Bogotá - Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Bajo un Sol abraZador La Tierra en el Viento Solar Jorge Zuluaga, Dr. Grupo de Física y Astrofísica Computacional Instituto de Física U. de A. Física, U A zuluagajorge@gmail.com - http://jzuluaga.blogspot.com
  • 2. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 ... abraZador ... abrasador
  • 3. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Contenido Prólogo: el año heliofísico internacional g Introducción Anatomía d A t í de un gigante i t La heliosfera La Tierra frente al Sol Rayos y centellas: Sol y Clima Meteorología espacial
  • 4. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 El Año Heliofísico Internacional • 2007-2009: Año Heliofísico Intenacional (AHI) http://ihy2007.org • El legado natural Año Geofísico (IGY57) y de los ( ) Años Polares Intenacionales (IPY83, IPY33)
  • 5. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 El Año Heliofísico Internacional Objetivos primarios: – Ad Advancing our U d i Understanding of th Heliophysical Processes that t di f the H li h i l P th t Govern the Sun, Earth and Heliosphere – Continuing the tradition of international research and advancing the legacy on the 50th anniversary of the International Geophysical Year –DDemonstrating th Beauty, R l t ti the B t Relevance and Significance of Space and d Si ifi fS d Earth Science to the World Eventos relacionados: – Año Polar Internacional IPY 2007-2009 http://www.ipy.org – Año Internacional del Planeta Tierra IYPE 2007-2008 http://www.yearofplanetearth.org – Año Geofísico Electrónico eGY 2007-2008 http://www.egy.org
  • 6. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Introducción • El Sol… … Una gigantesca y “aparentemente” estable fuente de energía • 95% Energía solar que llega a la Tierra… … Luz y “calor” … el motor de prácticamente toda la dinámica de la atmósfera y la biósfera biósfera… • 5% de energía solar llega en formas menos g g evidentes … … ¿cuáles son sus efectos?
  • 7. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Introducción ¿Qué tan bien conocemos a nuestra estrella “madre”?
  • 8. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Anatomía de un Gigante El Sol en pocas p p palabras... – Esfera de plasma con 200 veces el diametros de la Tierra y ∼10 millones de veces su volumen – Muy caliente: 15 millones ºC - 6,000 ºC – Alimentado por reacciones de fusión nuclear … … 300 000 b b H (1 Mt )/ 300,000 bombas Mton)/segundo d Energía para alimentar a TODA la Tierra por 1 millón de años – Fuente de radiación electromagnética (luz y calor), partículas de alta energía, campos magnéticos, magnéticos ...
  • 9. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008
  • 10. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Anatomía de un Gigante Anatomía solar: – Núcleo: fuente de energía – Manto: inestable hidrodinámicamente, convección… convección …Origen de un poderoso campo magnético – Superficie: Fotosféra, fuente de luz Fotosféra luz… … burbujeante e inestable magnéticamente – Envoltura: • Cromosféra: Enrarecida y caliente (<100,000 C) • Corona: muy caliente (>1 MC) y ( )
  • 11. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Anatomía de un Gigante
  • 12. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Anatomía de un Gigante Fisiología solar: – Dinámica Envoltura: dominada magnéticamente – Fenómenos “atmosféricos”: •MManchas solares: materia atrapada por “t b i ” h l ti t d “tuberias” magnéticas (4000 ºC, brillo luna llena) • Fulguraciones ( g (flares): explosiones de energía ) p g magnética sobre regiones de manchas… … 1 millón de veces energía de terremoto! • Prominencias: erupciones en corona de plasma canalizadas por campos magnéticos • Ejecciones de masa coronal (CME)… … “eruptos” de plasma (1-10 mil M. de ton) lanzados violentamente al medio inetrplanetario
  • 13. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Anatomía de un Gigante
  • 14. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Anatomía de un Gigante Manchas y granulación
  • 15. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Anatomía de un Gigante Fulguraciones
  • 16. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Anatomía de un Gigante Prominencias
  • 17. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Anatomía de un Gigante Eyecciones de masa coronal
  • 18. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Anatomía de un Gigante El Sol tiene un humor variable... El Ciclo Solar
  • 19. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Anatomía de un Gigante
  • 20. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Anatomía de un Gigante
  • 21. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Anatomía de un Gigante
  • 22. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 La heliósfera • Corona solar no esta en equilibrio... ... se expande y extiende de forma turbulenta muchos más allá de las vecindades del Sol • En realidad preacticamente todo el Sistema Solar esta sumergido en ella... ... Un Sol AbraZador! • A la suma de todo lo que hay en esa extendida atmósfera solar... ... Partículas, campos magnéticos, radiación HELIÓSFERA
  • 23. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 La heliósfera
  • 24. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 La heliósfera • La Heliósfera no es estática... ... Un flujo permanente de partículas y campos magnéticos emana del Sol hacia la heliopausa • El viento solar: it l – Partículas cargadas (protones, electrones), velocidades medias (∼300 km/s = 1 millón km/h) – Densidad menor que la del más perfecto vacío… … en 1 cm3 de aire más partículas q en 1000 km3 de p que viento solar – Viento solar transporta campo magnético solar más allá de su atmósfera
  • 25. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 La heliósfera
  • 26. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 La Tierra frente al Sol • La heliósfera llena el Sistema Solar e interactúa con los cuerpos que lo constituyen... ... la Tierra misma esta sumergida y es afectada por ella! f td ll ! • La Tierra tiene 2 barreras o interfaces, que moderan y modulan los efectos del Sol en el planeta: La magnetósfera La atmósfera
  • 27. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 La Tierra frente al Sol La magnetósfera... – Tierra rodeada de un campo magnético organizado, aprox. dipolar, fuente en el núcleo del planeta – Campo magnético organiza el flujo de partículas cargadas alrededor del planeta... ... Partículas provenientes del p p planeta y del Sol – Campo magnético de la Tierra domina el flujo de partículas hasta que los campos magnéticos interplanetarios (IMF) se vuelven más i t it l ti l á intensos – Cavidad resultante: MAGNETÓSFERA ... Descubierta en 1958 por Explorer 1 1, Producto también del IGY 1957
  • 28. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 La Tierra frente al Sol Magnetocola 10 RT 200 RT Cinturones de Van Allen
  • 29. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 La Tierra frente al Sol La atmósfera: la envoltura gaseosa de la Tierra…
  • 30. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 La Tierra frente al Sol ¿Qué sucede cuando los efectos de la intensa actividad en la atmósfera solar (viento solar, erupciones de masa radiación) masa, interactúan con las interfaces de la Tierra y el medio interplanetario? Ti l di i t l t i?
  • 31. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Invitan a: http://urania.udea.edu.co/cocoa2008 http://urania udea edu co/cocoa2008
  • 32. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas • La relación entre la actividad solar y el clima es ampliamente reconocida... li t id
  • 33. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas
  • 34. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas
  • 35. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas
  • 36. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas
  • 37. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas
  • 38. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas
  • 39. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas ¿Incluyen las simulaciones todo lo que deberían incluir?
  • 40. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas • Existen sin embargo efectos más directos del Sol sobre la Tierra, d más i Ti de á inmediato efecto... di t f t ... PROBABLEMENTE peores para nuestra sensible sociedad tecnológica • Efecto mejor conocido… … aurora boreal… – Electrones desde los cinturones de radiación insertados en atmósfera! – Visibles en latitudes altas (no polos!) Pero, que puede haber de malo en un poco de luces “artificiales”… 1909: operadores de telegrafía descubren daños en equipo por corrientes eléctricas inducidas por actividad auroral!
  • 41. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas
  • 42. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas • Aunque magnetosfera y atmósfera parecen proteger Tierra… … efectos secundarios y directos de interacción magnetósfera viento solar y atmósfera radiación solar… • Importantes efectos actividad humana! (y animal) p ) • Condición y estado de los procesos de interacción Tierra Tierra- Medio interplanetario… … Cli Clima espacial (space weather) i l( h)
  • 43. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas Literalmente…
  • 44. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas
  • 45. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas EFECTOS EN EL ESPACIO 3 efectos principales: p p – Exposición astronautas radiación ionizante – Decaimiento inducido de orbitas satelitales – Alteración o destrucción de electrónica sensible en plataformas espaciales
  • 46. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas Exposición a Radiación Ionizante – En alta atmósfera y espacio: fuera de envoltura protectora – Fulguraciones solares: emisión de radiación energética y partículas de alta energía … … exposición en el espacio a estas radiaciones incrementa riesgos de Cancer o pueden producir muerte prod cir la m erte – Durante evento clima espacial flujo se incrementa en factores de 10 000! 10,000!
  • 47. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas
  • 48. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas Decaimiento órbitas satélites… – Absorción de radiación en ionósfera… … Incrementa temperatura e induce expansión de atmósfera – Fuerzas de arrastre en satélites aumenta con eventos intensos del clima espacial – Implica correcciones costosas de órbitas y hasta p la caída de plataformas (Skylab, ‘79)
  • 49. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas Destrucción electrónica – Partículas de alta energía que penetran electrónica de satélites… … destruyen o alteran elementos electrónicos (Ej. Memorias) … inducen cargas electricas diferenciales y descargas que destruyen elementos – 1995: Satélite de $5M destruído después de explosión solar
  • 50. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas EFECTOS EN LA SUPERFICIE Eventos más importantes y dañinos... Tormentas Geomagnéticas: – Intensificación de viento solar por CME… …i t intensa alteración d magnetosfera lt ió de tf (magnetopausa se reduce a la mitad)… – Campos magnéticos variables ind cen ariables inducen corrientes eléctricas parasitas en atmósfera y en la Tierra
  • 51. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas 4 sistemas particularmente sensibles: – Comunicaciones (navegación, comunicaciones intercontinentales, GNSS, etc.) – Redes de distribución eléctricas – Sistemas biológicos dependientes de geomagnetismo – Tuberías de gran escala
  • 52. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas Comunicaciones – Muchos sistemas humanos dependen de comunicaciones con ondas EM – Tormentas Geomagnéticas tienen 2 efectos principales en sistemas de comunicaciones: • Interferencia directa radioemisión solar y campos EM de tormenta geomagnética • Alteración propiedades EM ionosfera
  • 53. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas – Sol es poderosa fuente de radio-ondas… • Radio-emision se incrementa durante eventos intensos • Sistemas de comunicaciones que dependen de esas radioondas reciben interferencia que los hace inoperativos • Importante efecto: comunicaciones en sistemas de navegación! – M h sistemas d comunicación requieren Muchos i t de i ió i propiedades particulares ionosfera… • Comunicaciones intercontinentales: reflexión de radio ondas en ionosfera
  • 54. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas • Durante eventos de clima espacial Frecuencia Maxima Usable (MUF) cambia! cambia!… … señales que dependen de reflexión se ven afectados (estaciones de radio, sistemas de radar de largo alcance, etc.) l t) • Señales de GNSS (GPS, GLONASS, Galileo) en ionosfera se refractan… … su trayectoria no es rectilinea lo que debe corregirse para calcular posición usando sistema • Durante eventos de clima espacial índice de refracción de ionosfera se modifica obligando correciones mayores (o falla) de posicionamiento!
  • 55. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008
  • 56. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas Redes de distribución eléctricas: – En tormentas geomagnéticas corrientes eléctricas inducidas en conductores… … Geomagnetic Induced Currents (GIC) – En sistemas de distribución de energía eléctrica… … particularmente sensibles a GICs: transformadores que sufren daños temporales o permanentes –MMarzo 1989: A 1989 Apagon d 9 h de horas en Q b Quebec afectando 9 millones de personas!
  • 57. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas – Perdidas por tormentas geomagnéticas… … $100s M/año en paises desarrollados Tuberías: – Largas tuberías hechas de conductores pueden verse afectadas por GICs – GICs alteran sensores instaladas a lo largo de tuberías produciendo lecturas erradas del flujo – GICs favorecen deterioro de la tuberia al incrementar el ritmo de corrosión
  • 58. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Rayos y Centellas Sistemas biológicos: – Algunas aves y abejas dependen de geomagnetismo para orientación – Ha sido demostrado que palomas pierden 20% de precisión en orientación durante eventos de clima espacial li il – Otros estudios han probado efectos sobre abejas
  • 59. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Climatología Espacial Podemos evitar o prepararnos p pp para los efectos dañinos de clima espacial? SI! Monitoreo permanente del Sol y actividad solar es realizado por varias plataformas en el espacio y en Tierra… … “constelación” GOES Yohkoh, TRACE (Transition constelación GOES, Yohkoh Region and Coronal Explorer), SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), ACE (Advanced Composition Explorer)
  • 60. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Climatología Espacial Escalas de tiempo de efectos Sol-Tierra – Radiación electromagnética: 8 minutos … ionosfera, comunicaciones, radio interferencia – Partíclas: 20 minutos … exposición p g p peligrosa en el espacio p – Materia producida por CME: 30 a 72 horas … tormentas geomagnéticas
  • 61. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Climatología Espacial Particularmente importante: – Estudio de correlación entre eventos atmósfera solar y eventos clima espacial – Seguimiento de evolución actividad solar Estudio estadístico de correlación permite crear predictores… … indicadores que permiten predecir aparición de efectos a corto (horas) o mediano plazo (semanas)
  • 62. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008
  • 63. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Climatología Espacial Centraliza operaciones de monitoreo... SEC: Space Weather Operations http://www.sec.noaa.gov g – Información en tiempo real de clima espacial (p (http://www.sec.noaa.gov/SWN) g ) – Generación de alertas de clima espacial http://www.sec.noaa.gov/Data/info/ WWWdoc.html
  • 64. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008
  • 65. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Climatología Espacial – Clasificación de eventos: • Tormentas Geomagnéticas • Tormentas de Radiación Solar • “Apagones” de radio (Radio Blockout) – D t d cada evento existen una serie d Dentro de d t it i de categorías bien definidas que permiten identificar los efectos del evento
  • 66. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Gracias! G i! Esta conferencia puede ser descargada de: http://urania.udea.edu.co/facom
  • 67. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Lecturas Recomendadas Sitios en internet: – http://www.sec.noaa.gov – http://helios.gsfc.nasa.gov/ – http://www.windows.ucar.edu/spaceweather/ basic_facts.html – http://www sec noaa gov/Curric 7-12/index html http://www.sec.noaa.gov/Curric_7 12/index.html – http://solar.physics.montana.edu/ypop/Nuggets – http://snr.unl.edu/metr351-03/twittman/impacts.html p p – http://snr.unl.edu/metr351-03/twittman/warmornot.html – http://www2.metoffice.gov.uk/faqs/2.html
  • 68. Jorge Zuluaga – Bajo un Sol Abrazador - Campus Party Colombia – Corferias, Bogotá – Colombia – Junio 23 a 29 de 2008 Lecturas Recomendadas Lecturas: – El Sol y el Cambio Climático: ¿es incontrovertible la idea de un calentamiento global antropogénico?. Jorge Zuluaga. Innovación y Ciencia, Vol. XIV, No. 4, 2008. [Referencias incluidas en él] [R f i i l id – The Sun’s Role in Climate Variations. D. Rind. Science, Vol. 296, Pag. 605. Science Vol 296 Pag 605 – La Historia del Sol y el Cambio Climático. Manuel Vasquez Mc Graw-Hill (1998) Vasquez, Mc. Graw Hill