#INVESTIGACIÓN
DESDE EL ICN
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● Dichas mediciones, así como las del Instituto de Geofísica, se vieron alteradas por la enorme eyección de masa coronal del Sol de hace unos días.
El pasado viernes 10 y sábado 11 de mayo de 2024 ocurrió un evento completamente inesperado para el territorio mexicano: la aparición de auroras boreales. Estas no se podían observar a simple vista, sin embargo, fueron apreciadas mediante el uso de instrumentos de larga exposición. El origen de este fenómeno resultó de alto interés, pues no es un proceso que sucede a menudo a estas latitudes, por lo que es apropiado describir exactamente lo que pasó.
El Sol es una estrella que está en constante cambio y que además, está sujeta a las condiciones de su medio, así como a sus propias características, teniendo periodos que se conocen como de actividad alta y baja. Durante periodos de actividad alta se tiene la presencia de regiones inestables, zonas oscuras o muy brillantes respecto a otras, mientras que en periodos de actividad baja, a simple vista no existen zonas alteradas.
Figura 1. Comparación entre un periodo de actividad solar alta y actividad solar baja. Obtenido de Ref. [1]
La primera evidencia que muestra los cambios del Sol son las manchas solares producidas por el incremento de la actividad magnética del Sol. Son oscuras debido a la diferencia de temperatura (de casi 6000 C), por lo que la región de la mancha emite menos energía y por consecuencia, menos luz. Y cuando el tamaño de estas manchas es lo suficientemente grande, es posible observarlas a ojo (usen siempre un filtro solar)! Un incremento en el número de manchas solares implica un incremento en la actividad del Sol.
Figura 2. Región AR3664 y AR3668 observadas el 11 de mayo de 2024. Cortesía de NASA/SDO, AIA, EVE, HMI science teams, en colaboración con EarthSky. [2]
En la Figura 2 se muestra la región activa AR3664, la cual del 6 al 9 de mayo presentó un incremento en su tamaño alcanzando un ancho de casi 15 diámetros terrestres. Esta “super mancha solar” fue la causante de expulsar grandes cantidades de plasma solar que provocaron la tormenta geomagnética del fin de semana.
Las auroras observadas el fin de semana fueron producidas por las partículas cargadas de la eyección de masa coronal al ingresar a la magnetósfera. A altitudes entre 80 y 300 km, estas partículas colisionan con moléculas de oxígeno y nitrógeno, transfiriendo parte de su energía, lo que provoca una excitación y por consecuencia, una emisión de luz. El color de la emisión (es decir el color que vemos a ojo de la aurora boreal) depende de la molécula excitada y de la altitud. La aurora puede ser azul en caso de interacción de plasma solar con moléculas de nitrógeno a una altura de 90 km, o de colores rojo/rosáceo a altitudes que superan los 240 km al interaccionar con moléculas de oxígeno (vean la Figura 3).
Figura 3. Aurora boreal captada desde el Observatorio Astronómico Nacional de San Pedro Mártir, Baja California. Derechos de autor: Tomás Calvario.
Debido a que las partículas cargadas poseen un campo magnético asociado, la interacción con la magnetósfera puede producir variaciones en el campo geomagnético, causando tormentas geomagnéticas y que pueden ser detectadas en los laboratorios. De acuerdo a la escala definida por el Centro de Predicción de Clima Espacial NOAA [3], el tipo de tormenta geomagnética se puede definir desde tormentas moderadas G1 (índice Kp=1) hasta tormentas extremas G5 (índice Kp=9).
La Tierra es constantemente bombardeada por radiación cósmica proveniente del espacio de forma uniforme e isotrópica. El fin de semana la intensidad de la radiación cósmica fue alterada por la presencia de una alta cantidad de plasma solar. Esto fue medido por el Laboratorio de Detectores del Instituto de Ciencias Nucleares, que recientemente puso en marcha un detector de la componente muónica de la radiación cósmica, mostrado en la Figura 4. El detector consiste en dos placas de centelleo que emiten luz cuando un rayo cósmico la atraviesa, acoplado a un sistema de electrónica rápida que permite registrar el flujo de radiación cósmica y sus fluctuaciones.
Figura 4. Detector de la componente muónica de la radiación cósmica del Instituto de Ciencias Nucleares; (a) el detector y (b) el sistema de adquisición de datos.
En la Figura 5 se muestra la tasa de conteo de la componente muónica de la radiación cósmica observada por el detector de muones del Instituto de Ciencias Nucleares (la parte de arriba) y la componente hadronica de la radiación cósmica observada por el Observatorio de Rayos Cósmicos [4] del Instituto de Geofísica (la parte de abajo) desde el 1 de marzo hasta el 13 de mayo del 2024.
Figura 5. Tasa de conteo de la componente muónica de la radiación cósmica observada por el detector de muones del Instituto de Ciencias Nucleares (la parte de arriba, en azul) y la componente hadronica de la radiación cósmica observada por el Observatorio de Rayos Cósmicos del Instituto de Geofísica (la parte de abajo, en verde). Observen ustedes la notable disminución en la tasa de conteo de los dos detectores el día 10 de mayo, que corresponde al arribo de la tormenta solar a la Tierra y que fue la causante de las auroras observadas en el norte del país.
Las variaciones en las tasas de conteo muestran patrones similares y las fluctuaciones son causadas por las tormentas geomagnéticas (por ejemplo el día 24 de marzo también hubo una expulsión de plasma solar que llegó a la Tierra). Es así como nuestro Laboratorio de Detectores se ha convertido también en un par de “ojos” que son capaces de observar los efectos secundarios de las emisiones de plasma solar. Y esto es solo el principio, ya que se espera que el detector de la componente muónica de la radiación cósmica del Laboratorio de Detectores nos proporcione más información y datos conforme nos acercamos al máximo de actividad solar del ciclo 25.
1. “The National Aeronautics and Space Administration,” https://www.nasa.gov/.
2. “Earthsky”, https://earthsky.org/sun/giant-sunspot-region-ar3664-visible-in-eclipse-glasses/
3. “Space Weather Prediction Center,” https://www.swpc.noaa.gov/.
4. “Mexico City. Cosmic Ray Observatory.” http://www.cosmicrays.unam.mx/index.php.
Jefe del Laboratorio de Detectores: Dr. Guy Paic
Autores del texto: Diego Martínez Montiel y Dr. Leonid Serkin
Miembros del equipo: M. en C. Miguel Enrique Patiño Salazar, Dr. Jaime Octavio Guerra Pulido, Ing. Carlos Rafael Vázquez Villamar.
El Coloquio de Investigación del ICN es un espacio creado para discutir entre pares los resultados más relevantes de las líneas de investigación de los expositores, con el objetivo de compartir, debatir, reflexionar y cuestionar diferentes aspectos de ciencia básica y aplicada en áreas de la química, física, matemáticas y biología. Este se realiza de forma mensual, con la posibilidad de contar con coloquios extraordinarios entre estos períodos, permitiendo que este espacio se mantenga en constante evolución, de tal manera que nuestros estudiantes asociados y académicos cuenten con una plataforma para la visualización de los resultados en diversas áreas del quehacer científico.
Dr. Rafael Omar Arcos Ramos. Organizador del Coloquio #InvestigaciónICN
Puedes ver las sesiones del primer semestre del 2024 en los siguientes links:
