Así expliqué las tormentas solares, ¿me equivoqué?.

Muchas veces los alumnos me preguntan por noticias científicas que han oído y, obviamente, yo no sé la respuesta a todas sus preguntas. Normalmente intento orientarles hacia la explicación correcta, pero siempre me surge una duda: ¿es importante la completa exactitud en 4º de la E.S.O.?
Yo creo que no. Obviamente no puedes cometer grandes equivocaciones, y debes avisarles de que te puedes estar equivocando en algún punto. Pero, si la esencia de tu explicación es correcta y sobre todo si es enriquecedora, yo creo que no es ninguna tropelía.

De todas formas la duda me sigue asaltando. Por ello me he decidido a escribir este post, un escrito donde solo he consultado los recuerdos (y apuntes) de la explicación que di hace casi un año. Por un lado espero que disfrutéis con su lectura, pero también agradecería todas las correcciones, debates, sugerencias… que me queráis hacer llegar.

El día que me preguntaron por las tormentas solares

En el Sol se producen tormentas solares. Desde hace un año, más o menos, estamos en un periodo muy activo en ellas. Allá por enero del 2012, un alumno viendo antena3 pensó ¡qué chulo eso de las tormentas solares! Cuando llegó a clase, sin pensar en las consecuencias, me preguntó sobre ellas.

Yo también había visto la noticia y, aunque no llevaba preparado el tema, decidí explicarlas en clase. Le dediqué una hora, repetí conceptos científicos que ya habían visto e introduje otros que verían unos meses después. También expliqué “cosas” que no salen en el currículo, hasta incluso tuve que razonar lo que desconocía partiendo de datos y teorías conocidos por mí (y seguro que en algo me equivoqué).

Ese día la clase estuvo bien, creo que la impartí a un nivel aceptable y, lo más importante, ellos se lo pasaron pipa viendo como los contenidos científicos se mezclaban en mi cabeza y en las suyas.

Pero vayamos por partes. Cuando alguien comete el error de preguntarme por un fenómeno (o por un experimento) lo primero que hago es introducir los principios teóricos y luego los contextualizo en el fenómeno. Y lo primero que se me ocurrió fue explicarles el proceso de formación de una estrella.

Esta fue mi explicación

Hace unos 5000 millones de años la fuerza gravitatoria “juntó” inmensas cantidades de polvo y gas interestelar que había por esta zona del Universo. Dicha fuerza “amontono” la gran mayoría de esa materia en el sitio que ahora ocupa el Sol.
En el núcleo interno del Sol se hizo tan intensa la fuerza gravitatoria que se liberó muchísima energía, se elevó la temperatura (que, como ya os expliqué, está relacionado con el movimiento de las partículas) y los choques se hicieron muy violentos. Todo esto es algo análogo a lo que pasa en una melé: él que está más “apretujado” es el de abajo.
Con tanta agitación, se hizo despreciable la repulsión electromagnética entre los núcleos atómicos (formados por cargas positivas –protones-). Por ello se pudieron aproximar los núcleos y aparecieron las fuerzas nucleares fuertes (solo aparecen a cortísimas distancias). Los núcleos de los átomos de hidrógeno, por la acción de esa fuerza nuclear fuerte, se fusionaron (“unieron”) dando lugar a helio y otras partículas.
Eso liberó una cantidad de energía enorme (mucha más de la que soy capaz de imaginar), la temperatura en el centro del Sol alcanzó millones de grados. La estrella acababa de “nacer”. La energía liberada en el centro de una estrella “migra” hacia la superficie, donde ya no se producen fusiones porque no es tan intensa la fuerza gravitatoria (la temperatura de la superficie de nuestro Sol es de tan solo unos 6000 ºC).

A esas temperaturas infernales los átomos están “descuajeringados”, los núcleos están por un lado y los electrones se mueven a su bola (están fuera de sus orbítales). Ese estado de las cosas se llama “estado plasma” y una de sus características es que, como son partículas cargadas y se están moviendo, se generan gran cantidad de campos electromagnéticos. Es el mismo principio físico que hace funcionar a los motores eléctricos, el movimiento de electrones genera campos magnéticos que, al interaccionar con otros campos magnéticos producen atracciones y repulsiones que, finalmente, provocan los movimientos del motor.

Otra de las características del estado plasma es que está en estado fluido. Por ello aparecen ciclos de convección entre el foco caliente interno y el foco frío externo. El plasma caliente que existe en el centro del Sol tiende a ascender (su densidad es menor) y, paralelamente, el plasma frío superficial tiende a descender. En una olla con agua hirviendo pasa lo mismo, el agua que se calienta abajo asciende y el agua de arriba que está más fría desciende.
Las células convectivas en el Sol tienen una dinámica muy, pero que muy, compleja. Para entenderlas hay que considerar que el plasma genera campos electromagnéticos y, por supuesto, que el Sol rota.

Esos ciclos convectivos, por alguna razón que yo desconozco (aunque seguro que no la Ciencia), generan en la superficie solar una periodicidad de “grandes tormentas solares” cada 11 años (más o menos).


Ya lo sé (actualización del 14/08/13)

El campo magnético solar cambiará su polaridad en 3 o 4 meses. Lo hace cada 11 años así que, por favor, magufadas las justas. #valeya

— Laura Morrón (@lauramorron) August 14, 2013

Podría estar confundiéndome con otra cosa pero, si no recuerdo mal, esa periodicidad la describió por primera vez un farmacéutico amante de la astronomía (desconozco nombre y nacionalidad) hace unos cientos de años. Le encantaba el universo y las noches estrelladas pero, como tenía que atender su botica, se tuvo que centrar en algo que se pudiera observar desde su tienda a plena luz del día. Lo que hizo fue proyectar el Sol en una mesa y observar las variaciones que se producían (si lo hubiera mirado directamente se habría quedado ciego), tomó nota durante muchos años, tabuló y analizó los datos (de forma parecida a la que os enseñé cuando expliqué el método científico) y se percató de que, cada 11 años, se produce un aumento de manchas solares (zonas oscuras).

Más tarde, con instrumentos más sofisticados (nuevos telescopios…) los científicos detectaron que esas manchas solares eran en realidad expansiones bestiales del magma superficial. Pero cuando digo bestiales, digo bestiales. Uno de esos “petardazos” podría envolver a la Tierra por completo si estuviéramos en sus proximidades.
Ese reventón expulsa materia, no estoy seguro, pero me imagino que se produce una zona oscura porque como la superficie del Sol “dispara” mucha energía, la temperatura descenderá y eso implicará una emisión menos luminosa. Recordemos que todo objeto con una temperatura mayor de 0 K emite ondas electromagnéticas (luz) y esa emisión es mayor (en cantidad y en “tipo de onda” –frecuencia-) cuando la temperatura es mayor.

Pero ¿por qué aparecen las tormentas solares? Tampoco lo se, pero me imagino que por alguna razón se acumulan descomunales cantidades de energías, procedentes del interior del Sol, en zonas de la superficie solar. Esos desequilibrios no son estables y “explotan”.

Me imagino que antes de la disipación de la energía (que ocurre después de la explosión) las emisiones electromagnéticas serán de muy alta frecuencia, porque esas zonas estarán a muy alta temperatura. Esos rayos electromagnéticos de alta frecuencia (ultravioletas, rayos X…) son muy perjudiciales, pero afortunadamente casi todos son absorbidos por la atmósfera. Los UVA que la atraviesan son los responsables de muchos de los cánceres de piel que se producen en la actualidad. El ADN se puede alterar (mutar) por distintas razones. De hecho, de manera natural, siempre está mutando, pero esas mutaciones normalmente no son cancerígenas, es decir, no provocan alteraciones en el ser vivo que las aloja y no se reproducen más eficientemente que las no mutadas (no invaden el organismo). Ahora bien, el ADN también muta por factores “externos”: determinadas sustancias químicas, radiaciones electromagnéticas, partículas energéticas… hasta algunos microorganismos facilitan la alteración de nuestro ADN. Resumiendo: en épocas de alta actividad solar, como los rayos son muy energéticos puede ocurrir una mutación cancerígena, por ello nos recomiendan insistentemente que usemos protectores solares ¡os acordáis del verano pasado!

Hemos quedado que las tormentas solares lanzan cantidad de partículas cargadas al espacio, y aquellas lanzadas con la suficiente fuerza pueden abandonar el Sol y llegar a la Tierra. Pero, la luz viaja más deprisa. Eso tiene una consecuencia práctica, antes de que lleguen aquí esas partículas, nosotros ya sabemos que van a llegar. Según la violencia de la tormenta solar las partículas tardarán más o menos tiempo pero yo me imagino que el pequeño margen de tiempo que tengamos (por muy rápido que vayan) sería suficiente para prepararnos para su llegada. Es obvio que no estaremos avisados de los rayos electromagnéticos de alta energía que se liberen, pero yo creo que los daños que estos ocasionan son mucho menores que los de las partículas.

Pero, ¿qué efectos causarán las partículas al llegar a la Tierra? Lo primero que tenemos que saber es que la Tierra se comporta como un imán gigante y el campo magnético terrestre interacciona con las partículas cargadas en movimiento, alterando su trayectoria (la fuerza que sienten esas partículas se denomina fuerza de Lorentz). Así pues, el campo magnético terrestre es un “escudo” frente a esas partículas porque las desvía hacia los polos y el exterior. Por lo tanto, los efectos se darán en satélites y aviones (fallos de los sistemas eléctricos y electrónicos) porque están alejados de la superficie terrestre, en los polos (auroras boreales y australes) y muy pero que muy esporádicamente en puntos de la superficie terrestre.

Pero, ¿es tan perjudicial que ocurran fallos en los satélites? Pues claro que sí. Una de las características humanas que nos hace más humanos es la capacidad de comunicarnos de manera compleja. En la actualidad esa capacidad descansa en gran parte en los satélites (móviles, radares, televisiones, sistemas de control, emergencias…). No somos capaces de interiorizar esa dependencia hasta que se produce un apagón de las tecnologías de comunicación en las situaciones límite (desastres naturales, atentados terroristas…).
Entonces, ¿debemos de preocuparnos? Sinceramente, creo que no. Situémonos. Por muy deprisa que viajen las partículas me imagino que dará tiempo para prepararse por si ocurre algún fallo electrónico en los satélites. Además, si ocurre algún “colapso” yo creo que se puede solucionar. No creo que sea complicado para los expertos, habrá que hacer algo parecido a lo que se hace en el ordenador de tu casa cuando se queda colgado: “resetearlo”. También podría ocurrir que algunos fallaran tanto que el sistema “muriera”, tampoco sería un problema porque los sistemas operan por más de un conducto: “están preparados para seguir operativos cuando falla una parte de ellos” (os acordáis de cuando hablamos del proyecto Galileo, de que pondrán en órbita muchos más satélites de los estrictamente necesarios para la geolocalización). Es decir, podrá haber unos minutos de desconcierto, pero lo normal sería que todo volviera a funcionar correctamente.
Para más tranquilidad recordar también que la alteración de un proceso informático no es tan fácil. La informática prevé que se puedan alterar las operaciones en curso y por eso el sistema detecta esas alteraciones y las depura (me imagino que un método será usando los dígitos control, os acordáis de lo que os conté de lo de la letra del DNI).

¿Y cómo se producen las auroras boreales? Me imagino que de la misma forma que se producen los espectros de emisión. Esas partículas energéticas lanzadas por el Sol, al pasar “rozando” la atmósfera, le comunican energía a las sustancias químicas que se encuentran. Algunos de los electrones se excitan (pasan a un nivel energético superior) y cuando vuelven a su orbital estable liberan energía en forma de luz (de la misma forma que si añadimos sal común a un fuego se ven destellos amarillos-anaranjados generados por los electrones del sodio, o de la misma forma que se ven los colores de los fuegos artificiales por los átomos que contienen las sales que acompañan a la pólvora)

Anotación final:

Unas semanas antes de publicar este post, @ScientiaJMLN lanzó el reto de participar simultáneamente en 7 carnavales. Este post lo tenía en mente desde que di la clase y me anime a realizarlo porque podía dar el perfil en los 7 carnavales. Además, si un murciano hace una cosa, un lorquino no va a ser menos.

Pero a Scientia no se le ha ocurrido otra cosa que publicar un post reventando el reto de los 7 carnavales, ¡publicó uno que participaba en 8 carnavales!. Os recomiendo que leáis “El elemento químico que relacionó los 8 carnavales de la blogosfera”.

Acto seguido, como piezas de domino, han caído 3 post más hasta el momento, al menos que yo sepa.
El primero se publicó como homenaje a Scientia por la hazaña lograda. Pero lo mejor es que superó los ocho carnavales: “Nueve carnavales (homenaje a José Manuel López Nicolás)”, de @FerFrias.
El segundo no llegó a los 7 carnavales (solo participó en 3 de ellos). “La geometría del hombre gordo”, de @EDocet, fue la respuesta tipo novela al reto.
El último de los que he tenido conocimiento me hizo recordar una palabra que creo que no usaba desde hace mucho tiempo: soberbio. “De Juana la Loca hasta las baterías de litio viajando por algunos carnavales de la ciencias”, de @emulenews, me enganchó desde el comienzo. Recomiendo leérselo y recomiendo imaginar mientras que lo leéis lo mucho que tuvo que disfrutar haciéndolo.

Después del nivel que he visto en la blogosfera me he planteado muy mucho “vender” este post en los 7 carnavales. Pero al final he decidido hacerlo, espero que "los grandes blogger" disculpen la intromisión en sus jueguecitos. Tomando prestadas dos ideas de los post anteriores:
· No me importa haberlo conseguido o no, lo que me importa es lo bien que me lo he pasado escribiéndolo (al menos no he estado pensando en el estado del país).
· La clases de ciencia son totalmente multidisciplinar en el Siglo XXI. Aunque por desgracia dudo que los políticos actuales lo entiendan (con respecto a esto recomiendo leer “Piensa como un científico, no como un abogado” de @Perestupinya).

Este post, si los organizadores de los carnavales dan el visto bueno:

-          participa en la XXXVI edición del Carnaval de Física que se celebra en el blog Gravedad cero, porque habla de campos magnéticos, del estado plasma, de ciclos convectivos, de fusión de núcleos de hidrógeno…
Actualización del 7/12/12: Al final no ha participado en la XXXVI edición de este Carnaval.

-          participará en la IV edición del Carnaval de Geología (esperemos que se animen a seguir realizándolo) porque las tormentas solares, si las tuviera que integrar en algún campo específico, sería la geología.

-          participa en la II edición del Carnaval de Humanidades, alojado por @scariosHR en el blog LEET MI Explain. Las pinceladas históricas, la interrelación fenómenos naturales/sociedad y la exaltación de la comunicación como uno de los aspecto más relevante de las características de las sociedades, me permiten la osadía de presentarlo sin problemas.
Actualización del 7/12/12: Puedes ver el resumen del Carnaval aquí

-          participa en la edición 3’14159265 del Carnaval de Matemáticas, que se aloja en el blog Pimedios-la aventura de las matemáticas de @pimediosES. El análisis de datos (tabularlos, representarlos en gráficas, transformar gráficas en funciones…) es una herramienta matemática. La letra en el DNI permite saber si nos hemos equivocado al escribir algún número (porque un algoritmo matemático nos calculaba la letra que corresponde a cada conjunto de números –dígito control-).
Actualización del 7/12/12: Al final no ha participado en la edición 3'14159265.

-          participa en la XVIII edición del Carnaval de Biología, que se celebra en el blog Ameba Curiosa de @AmebaCuriosa. El post recuerda como los rayos solares de alta frecuencia provocan mutaciones cancerígenas (y otros temas relacionados con el cáncer).
Actualización del 7/12/12: Puedes ver el resumen del Carnaval pinchando aquí

-          participa en la XIX edición del Carnaval de Química (que todavía no se donde se celebra) porque los espectros de emisión los estudiaron los alumnos en el tema de la estructura atómica (se les explicaron los fuegos artificiales, vieron la emisión en sales de distintos metales alcalinos y alcalinoterreos…)
Actualización del 5/11/12: la XIX edición del Carnaval de Química está alojada por @scariosHR en el blog LEET MI Explain. Si, es el mismo que el del Carnaval de Humanidades, yo creo que no está bien de la cabeza: "organiza dos carnavales a la misma vez" XD
Actualización del 7/12/12: Puedes ver el resumen del Carnaval pinchando aquí.

-          y participa en la IX edición del Carnaval de Tecnología, alojado en el blog Pero esa es otra historia y debe ser contada en otra ocasión de @ununcuadio. La utilidad (y dependencia) de los satélites artificiales, la tendencia a que siempre exista una solución por si falla el aparato, el reseteo como gran método para eliminar los errores informáticos que se acumulan y bloquean a los ordenadores…
Actualización del 7/12/12: Puedes ver el resumen del Carnaval aquí

PDT 1.

Si hiciera trampa también podría participar en el Carnaval de Nutrición. Solo tendría que decir que ese día les dije (como he hecho en otras ocasiones): “La noticia de antena3 la vi desayunando a las 7 de la mañana, siempre me levanto a las 6:30 para así poder desayunar tranquilamente fruta, café con leche y tostadas. Es decir, mis queridos alumnos y alumnas, un desayuno saludable. Y vosotros ¿desayunáis sano?”.

PDT 2.

Si habéis llegado hasta aquí estaréis de acuerdo con mis alumnos de que soy “un rato de pesado”. Espero que hayáis disfrutado.
Y recordad, si habéis localizado algún error, comunicármelo, porque tal y como dije, no he querido comprobar si metí mucho o poco la pata ese día. También podéis comentar todo lo que os apetezca.