CLIMA ESPACIAL: ¿ QUÉ ES?, ¿ CUÁNDO Y CÓMO NOS AFECTA? Dr. Eduardo A. Araujo-Pradere CIRES-University of Colorado and Space Weather Prediction Center-NOAA

Clima Espacial “Clima espacial" se refiere a las condiciones del Sol y del viento solar, magnetosfera, ionosfera, y termosfera que pueden influenciar en el rendimiento y confiabilidad de los sistemas tecnológicos espaciales y terrestres, y que pueden poner en peligro la salud y la vida humana. Nuestra civilización depende cada día más de tecnología vulnerable a las condiciones del espacio cercano.

Ciclo Solar

El objetivo general del National Space Weather Program es alcanzar en los próximos 10 años un sistema activo, dinámico y multiagencias que facilite la observación, especificación y predicción oportuna, exacta y confiable del espacio cercano.

Corrientes Geomagnéticamente Inducidas Cortesía de J. Kappenman.

Daño a Transformador de la Hydroeléctrica de Quebec - Marzo 1989

Efectos del Clima Espacial

Space Weather Operations, Boulder, Colorado

La Termosfera y la Ionosfera

Destellos Solares Eyección de Masa Coronal Evento de Protones Solares

Destellos Solares Yohkoh Incremento del flujo de rayos X Ionización de la Región D Tiempo de Arribo: 8 minutos Duración: 1-2 horas Efectos: Absorción de señales de alta frecuencia (HF) Interrupción de señales de baja frecuencia para la navegación. Usuarios: marinos, guardia costera, administradores de HF, aviación comercial y militar Yohkoh

Evento de Protones Solares Partículas de alta energía Tiempo de Arribo: de 15 mins a algunas horas Duración: varios días Efectos: Carga dieléctrica profunda Absorción HF Interrupción de señales de baja frecuencia Peligro de Radiación Usuarios: operadores de satélites, administradores de HF, aviación comercial, marinos, astronautas...

Eyección de Masa Coronal Tormenta geomagnética Tiempo de arribo: 2-3 días Duración: 1-2 días Efectos: Carga superficial en satélites y naves espaciales Deriva satelital Comunicaciones Navegación Corrientes Inducidas Usuarios: Compañías eléctricas, operadores de satélites, administradores de HF, FAA, ejército, ……..

Destellos Solares

Rayos X Solares

Efectos de los rayos X solares en la región D y en la Propagación de HF

Destellos Solares: Absorción HF Bloqueos de radio

Propagación de Ondas de Radio Fort Collins, CO a Cedar Rapids, ID Intensidad de la Señal 00 24 18 12 06 5 10 15

Destellos Solares: Dificultades con Navegación LORAN

Protones Solares

No comunicación satelital sobre los 87o Norte Rutas Polares No comunicación satelital sobre los 87o Norte Polar 1 Polo Norte Chicago HKG Alaska Polar 2 Polar 4 Polar 3

Afectación de Vuelos Transpolares por la Actividad Solar 10/26/00: Perdida de HF antes de los 75N, cambio de ruta por una no-polar con parada para combustible en Tokyo. Tiempo de Vuelo: de 15:00 a 20:30 horas 11/10/00: Debido a pobre HF, vuelo de CHI a HKG tuvo que utilizar ruta no-polar con un incremento de tiempo de vuelo de 47 minutos 3/30/01-4/21/01 Un total de 25 vuelos siguieron rutas no óptimas debido a perturbaciones de HF, incrementando el tiempo de vuelo desde 6 a 48 minutos

¡Peligro de Radiación!

Humanos en el Espacio Transbordador Espacial, Estación Espacial Internacional, misiones a Marte Tripulaciones/Pasajeros en vuelos de Gran Altitud El Concorde porta detectores de radiación Los pasajeros pueden recibir una dosis equivalente a 100 radiografías de tórax

Eyección de Masa Coronal (CME) Una simple erupción puede desprender un billón de toneladas de material en el viento solar Puede alcanzar velocidades de millones de km por hora Las partículas energéticas aceleradas por los choques causan destellos brillantes en imágenes (¡y en el DNA!)

Visiones de CMEs

Impacto en el Geoespacio

LA AURORA desde tierra desde el transbordador espacial desde el espacio (instrumento)

Imágenes espaciales de disminución del Oxígeno Paxton et al. 2001 24 18 12 06 5 10 15 MUF

Bulto de Composición (modelado)

Disminución Ionosférica

STORM: Modelo Empírico de Corrección Ionosférica

IRI 2000 00 24 18 12 06 5 10 15 MUF

Navegación por GPS El retardo de la señal del satélite introduce errores considerables en la determinación de la posición usando GPS de frecuencia simple.

FAA Wide Area Augmentation System WAAS (Sistema de Localización de la Fuerza Aérea)

Electrodinámica Se profundiza la penetración de campos eléctricos en la zona ecuatorial. Los campos eléctricos de polarización arrastran plasma de los anillos de corrientes hacia el viento solar. Surgen enormes gradientes de plasma.

Inestabilidad del fluido (inestabilidad Rayleigh-Taylor) Pesado Centelleo Fluido Ligero Ionosfera Inestabilidad del fluido (inestabilidad Rayleigh-Taylor)

“Burbujas” de Plasma

Tiempo de Vida de Satélites Tormentas Geomagnéticas. Consecuencias: Calentamiento y expansión de la Atmósfera Incremento del arrastre de satélites Disminución del tiempo de vida, errores de posicionamiento, interrupción de los experimentos El arrastre orbital de un satélite en la atmósfera terrestre está relacionado con las propiedades del satélite y la densidad de la atmósfera neutral por: aD = 1/2 (CDA/M)  V2 aD es la aceleración de arrastre  es la densidad atmósferica A, M, CD y V son respectivamente el área, masa, coeficiente de arrastre y velocidad del satélite CDA/M es el coeficiente balístico.

Efectos de la Densidad Termosférica en Sistemas Operacionales Seguimiento de Objetos Espaciales 1800 Lt Col Frederick, Space Weather Impacts on Military Operations (May 1996) 1600 índice Ap x 10 Seguimiento de Objetos Espaciales por el Dep. de Defensa Durante la tormenta magnética de Marzo 1989, el DoD perdió temporalmente el rastro de más de 1000 objetos espaciales por un período de varios días. Esto fue un efecto directo del incremento del arrastre atmosférico de los objetos orbitantes, debido a una fuerte tormenta magnética. 1400 # de objetos espaciales perdidos 1200 1000 800 600 400 200 9-Feb-89 11-Feb-89 13-Feb-89 15-Feb-89 17-Feb-89 19-Feb-89 21-Feb-89 23-Feb-89 25-Feb-89 27-Feb-89 1-Mar-89 3-Mar-89 5-Mar-89 7-Mar-89 9-Mar-89 11-Mar-89 13-Mar-89 15-Mar-89 17-Mar-89 19-Mar-89 21-Mar-89 23-Mar-89 25-Mar-89 27-Mar-89 29-Mar-89 31-Mar-89

Cargas Superficiales

El Futuro Nuestra sociedad es hoy mucho más dependiente de la tecnología que en los 90s El sector de crecimiento más rápido en el mercado de las comunicaciones está basado en satélites Trasmisiones de TV/Radio, Telefonía de larga distancia, celulares, Internet, transacciones financieras Cambios en tecnología de satélites Instrumentos más sensitivos Componentes de alto rendimiento Menor costo y peso Humanos en el Espacio Más frecuentes y más largas misiones La predicción y monitoreo del Clima Espacial será imprescindible en el futuro para nuestra Sociedad.

Space Environment Center http://sec.noaa.gov

Coupled Thermosphere Ionosphere Model CTIM Coupled Thermosphere Ionosphere Model Modeling the high latitude density structure during a geomagnetic storm.

Geomagnetic Storm Hourly maps of ionospheric variability created from modeled predictions Shows the deviation from the average quiet condition Can be modified to a number of specific applications such as GPS position errors Similar maps of NmF2 can be used to produce HF propagation predictions

Geomagnetic Storm: Atmospheric heating and expansion Increased drag on satellites Decreased lifetime, pointing errors, microgravity experiments disrupted

Radiation belt particles intensify: Single event upsets (SEU) Deep dielectric charging Surface charging