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En física solar , un evento de partículas solares ( SPE ), también conocido como evento de partículas energéticas solares ( SEP ) o tormenta de radiación solar , [a] [1] es un fenómeno solar que ocurre cuando las partículas emitidas por el Sol , en su mayoría protones , acelerarse ya sea en la atmósfera del Sol durante una erupción solar o en el espacio interplanetario por un choque de eyección de masa coronal . Otros núcleos, como los iones de helio y HZE, también pueden verse acelerados durante el evento. Estas partículas pueden penetrar el campo magnético de la Tierra y provocar una ionización parcial de la ionosfera . Los protones energéticos representan un importante peligro de radiación para las naves espaciales y los astronautas .
Las SPE ocurren cuando las partículas cargadas en la atmósfera del Sol se aceleran a velocidades extremadamente altas. Estas partículas cargadas, denominadas partículas energéticas solares , pueden escapar al espacio interplanetario donde siguen el campo magnético interplanetario .
Cuando las partículas de energía solar interactúan con la magnetosfera de la Tierra , son guiadas por el campo magnético de la Tierra hacia los polos norte y sur, donde pueden penetrar en la atmósfera superior. [2]
Actualmente se debate el mecanismo físico detrás de la aceleración de las partículas energéticas solares que conducen a las SPE. Sin embargo, las SPE generalmente se pueden dividir en dos clases según sus mecanismos de aceleración. [ cita necesaria ]
Se cree que las SPE graduales implican la aceleración de partículas mediante choques provocados por eyecciones de masa coronal en la corona superior . Están asociados con explosiones de radio de tipo II y se caracterizan por abundancias elementales, estados de carga y temperaturas similares a las de la corona ambiental. Estos eventos producen las intensidades de partículas más altas cerca de la Tierra.
Se cree que las SPE impulsivas implican la aceleración de partículas principalmente mediante procesos asociados con la reconexión magnética y las interacciones onda-partícula en las ubicaciones de las erupciones solares . Están asociados con emisiones de llamaradas de corta duración a bajas altitudes y ráfagas de radio tipo III . Son menos intensos cerca de la Tierra que los eventos graduales. Se ha identificado una clase híbrida adicional que involucra características de eventos tanto graduales como impulsivos. [3] [4]
Los protones acelerados durante una SPE normalmente no tienen energía suficiente para penetrar el campo magnético de la Tierra. Sin embargo, durante erupciones inusualmente fuertes, los protones pueden acelerarse a energías suficientes para alcanzar la magnetosfera y la ionosfera de la Tierra alrededor del polo norte y el polo sur .
Los protones energéticos que son guiados hacia las regiones polares chocan con los componentes atmosféricos y liberan su energía mediante el proceso de ionización. La mayor parte de la energía se deposita en la región extrema inferior de la ionosfera (alrededor de 50 a 80 km de altitud). Esta área es particularmente importante para las comunicaciones de radio ionosféricas porque es el área donde ocurre la mayor absorción de energía de la señal de radio. La ionización mejorada producida por los protones energéticos entrantes aumenta los niveles de absorción en la ionosfera inferior y puede tener el efecto de bloquear completamente todas las comunicaciones de radio ionosféricas a través de las regiones polares. Estos eventos se conocen como eventos de absorción del casquete polar. Estos eventos comienzan y duran mientras la energía de los protones entrantes a aproximadamente más de 10 MeV (millones de electronvoltios) excede aproximadamente 10 pfu (unidades de flujo de partículas o partículas sr −1 cm −2 s −1 ) en altitudes de satélite geosincrónicos .
Los SPE extremadamente intensos capaces de producir protones energéticos con energías superiores a 200 MeV pueden aumentar las tasas de recuento de neutrones a nivel del suelo a través de efectos de radiación secundaria. Estos eventos raros se conocen como mejoras a nivel del suelo (o GLE). [5] Actualmente, se conocen 73 eventos GLE. [6] El evento GLE más fuerte conocido se detectó el 23 de febrero de 1956. [7] Algunos eventos producen grandes cantidades de iones HZE, aunque su contribución a la radiación total es pequeña en comparación con el nivel de protones. [8]
Se cree que los eventos de partículas solares son responsables de los eventos de Miyake , que observaron fuertes aumentos en la concentración de ciertos isótopos que se encuentran en los anillos de los árboles. Estos eventos, descubiertos por el físico Fusa Miyake, han permitido datar varias SPE pasadas en años específicos.
Los vuelos de aviones comerciales transpolares a gran altitud han medido aumentos de radiación durante los SEP. En 2019, la OACI presentó los Centros de meteorología espacial (SWXC) que publican avisos sobre la meteorología espacial pertinentes para la navegación aérea internacional, describiendo los efectos de la meteorología espacial en la aviación y las posibles medidas de mitigación. [9] Es mucho menos probable que los vuelos de aviones fuera de las regiones polares sufran el impacto de las SPEs.
Los astronautas que se encuentran fuera del escudo protector de la magnetosfera de la Tierra, como un astronauta en tránsito o ubicado en la Luna, pueden experimentar una exposición significativa a la radiación de protones. Sin embargo, los efectos pueden minimizarse si los astronautas se encuentran en una órbita terrestre baja y permanecen confinados en las regiones más protegidas de su nave espacial. Los niveles de radiación de protones en la órbita terrestre baja aumentan con la inclinación orbital. Por lo tanto, cuanto más se acerque una nave espacial a las regiones polares, mayor será la exposición a la radiación energética de protones.
Los protones energéticos de los SPEs pueden cargar eléctricamente las naves espaciales a niveles que pueden dañar los componentes electrónicos. También pueden provocar que los componentes electrónicos se comporten de forma errática. Por ejemplo, la memoria de estado sólido de una nave espacial puede alterarse, lo que puede provocar contaminación de datos o software y provocar la ejecución de comandos inesperados (fantasmas) de la nave espacial. Las tormentas de protones energéticas también destruyen la eficiencia de los paneles solares que están diseñados para recolectar y convertir la luz solar en electricidad. Durante años de exposición a la actividad energética de protones del Sol, las naves espaciales pueden perder una cantidad sustancial de energía eléctrica que puede requerir el apagado de instrumentos importantes.
Cuando protones energéticos golpean la sensible electrónica óptica de las naves espaciales (como los rastreadores de estrellas y otras cámaras), se producen destellos en las imágenes que se capturan. El efecto puede ser tan pronunciado que durante eventos extremos no sea posible obtener imágenes de calidad del Sol o de las estrellas. Esto puede hacer que las naves espaciales pierdan su orientación, lo cual es fundamental para que los controladores terrestres mantengan el control.
Las SPE importantes pueden estar asociadas con tormentas geomagnéticas que pueden causar interrupciones generalizadas en las redes eléctricas . Sin embargo, los eventos de protones en sí mismos no son responsables de producir anomalías en las redes eléctricas, ni tampoco de producir tormentas geomagnéticas. Las redes eléctricas sólo son sensibles a las fluctuaciones del campo magnético terrestre.