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Viento Solar

Viento Solar
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Concepto:flujo continuo de partículas cargadas, emitido por el Sol,compuesto en particular de protones núcleos de hidrógeno, electrone.

Viento Solar Se trata de un flujo continuo de partículas cargadas, emitido por el Sol, en todas direcciones. Está compuesto en particular de protones núcleos de hidrógeno, electrones y, en menor porcentaje, por partículas alfa (núcleos de helio).

El viento solar puede considerarse como la parte más exterior de la corona, que es expulsada violentamente hacia el espacio interplanetario por los procesos energéticos en actividad en las regiones subyacentes del Sol. Las partículas alcanzan velocidades comprendidas entre los 350 y los 800 km por segundo; en la próximidad de la órbita terrestre, tiene una densidad de 5 unidades por centímetro cúbico.

Los efectos del viento solar sobre el ambiente que rodea a la Tierra son notables. Entrando en contacto con el campo magnético terrestre, las partículas permanecen interpoladas en las líneas del propio campo y dan lugar a los cinturones de Van Allen. Por otra parte, chocando con los estratos más exteriores de la atmósfera, generan fenómenos como las Auroras boreales y las tempestades magnéticas, que tanto influyen en las comunicaciones de radio.

La intensidad del viento solar es modulada tanto por el periodo de rotación del Sol (27 días) como por el ciclo de once años de la actividad solar.

La existencia del viento solar fue deducida en los años 1950 por el astrofísico americano Eugene Parker, observando el comportamiento de las colas de los Cometas, que, violando las reglas de la atracción gravitacional, se dirigen en dirección opuesta al Sol.

Características del viento solar

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Es una corriente de partículas cargadas expulsadas de la atmósfera superior del Sol (o de una estrella en general). Este viento consiste principalmente de electrones y protones con energías por lo general entre 10 y 100 keV. El flujo de partículas varía en la temperatura y la velocidad con el tiempo. Estas partículas pueden escapar de la gravedad del Sol debido a su alta energía cinética y la alta temperatura de la corona.

El viento solar crea la heliosfera, una burbuja enorme en el medio interestelar que rodea el Sistema Solar. Otros fenómenos son las tormentas geomagnéticas que pueden destruir redes de energía en la Tierra, las auroras (luces del norte y del sur, y el plasma de las colas de los cometas que siempre apuntan lejos del sol.

La existencia de un flujo continuo de partículas que fluyen hacia el exterior del Sol fue sugerida por el astrónomo aficionado británico Richard C. Carrington. En 1859 Carrington y Richard Hodgson observaron de forma independiente por primera vez lo que más tarde se conocería como llamarada solar. Una llamarada solar es un estallido repentino de energía de la atmósfera solar. Al día siguiente se observó una tormenta geomagnética y Carrington sospechó que existía una conexión entre ambas (la llamarada solar y la tormenta electromagnética). George Fitzgerald sugirió más tarde que la materia que se expulsa de forma acelerada desde el sol llega a la Tierra varios días más tarde.

En 1990 se lanzó la sonda Ulysses para estudiar el viento solar desde altas latitudes solares. Todas las observaciones anteriores se habían realizado en o cerca del plano de la eclíptica del Sistema Solar.

Composición

La composición elemental del viento solar en el Sistema Solar es idéntica a la de la corona solar: un 73% de hidrógeno y un 25% de helio, con algunas trazas de impurezas. Las partículas se encuentran completamente ionizadas, formando un plasma muy poco denso. En las cercanías de la Tierra, la velocidad del viento solar varía entre 200 y 889 km/s, siendo el promedio de unos 450 km/s.

  • El Sol pierde aproximadamente 800 kg de materia por segundo en forma de viento solar.

Dado que el viento solar es plasma, extiende consigo el campo magnético solar. A una distancia de 160 millones de km, la rotación solar barre al viento solar en forma de espiral, arrastrando sus líneas de campo magnético, pero más allá de esa distancia el viento solar se dirige hacia el exterior sin mayor influencia directa del Sol.

Las explosiones desusadamente energéticas de viento solar causadas por manchas solares y otros fenómenos atmosféricos del Sol se denominan "tormentas solares" y pueden someter a las sondas espaciales y los satélites a fuertes dosis de radiación. Las partículas de viento solar que son atrapadas en el campo magnético terrestre muestran tendencia a agruparse en los cinturones de Van Allen y pueden provocar las Auroras boreales y las Auroras australes cuando chocan con la atmósfera terrestre cerca de los polos geográficos Otros planetas que tienen campos magnéticos similares a los de la Tierra también tienen sus propias auroras.

Efecto

El viento solar forma una "burbuja" en el medio interestelar (hidrógeno y helio gaseosos en el espacio intergaláctico). El punto en el que la fuerza ejercida por el viento solar no es suficientemente importante como para desplazar el medio interestelar se conoce como heliopausa y se considera que es el "borde" más exterior del sistema solar. La distancia hasta la heliopausa no es conocida con precisión y probablemente depende de la velocidad del viento solar y de la densidad local del medio interestelar, pero se sabe que está mucho más allá de la órbita de Plutón.

Sobre la Magnetosfera

Cuando el viento solar se acerca a un planeta que tiene un bien desarrollado campo magnético (como la Tierra, Júpiter y Saturno), las partículas son desviadas por la fuerza de Lorentz. Esta región, conocida como la magnetosfera, evita que las partículas cargadas expulsadas por el Sol impacten directamente la atmósfera y la superficie del planeta. La magnetosfera tiene más o menos la forma de un hemisferio en el lado hacia el Sol, y por consecuencia se forma una larga estela en el lado opuesto, de unos 300.000 km de largo. La frontera de esta región es llamada la magnetopausa, y algunas de las partículas son capaces de penetrar la magnetosfera a través de esta región por reconexión parcial de las líneas del campo magnético.

La Tierra misma está protegida del viento solar por su campo magnético, que desvía la mayor parte de las partículas cargadas, y la mayoría de esas partículas cargadas son atrapados en el cinturón de radiación de Van Allen. La única vez que el viento solar es observable en la Tierra es cuando es lo suficientemente fuerte como para producir fenómenos como las auroras y las tormentas geomagnéticas. Cuando esto sucede, aparecen brillantes auroras fuertemente ionizadas en la ionosfera, usando el plasma para expandirse en la magnetosfera, y causando el aumento del tamaño de la geosfera de plasma, y el escape de la materia atmosférica en el viento solar. Las tormentas geomagnéticas se producen cuando la presión del plasma contenido dentro de la magnetosfera es lo suficientemente grande para inflarse y por lo tanto distorsionan el campo electromagnético, influyendo en las comunicaciones de radio.

El campo magnético del viento solar es responsable de la forma general de la magnetosfera de la Tierra, y las fluctuaciones en su velocidad, densidad, dirección, y arrastre afectan en gran medida el medio ambiente local en el espacio de la Tierra. Por ejemplo, los niveles de radiación ionizante y la interferencia de radio pueden variar por factores de cientos a miles, y la forma y la ubicación de la magnetopausa y la onda de choque en la parte directa al sol puede cambiar varias veces el radio de la Tierra, lo cual puede causar que los satélites geoestacionarios tengan una exposición al viento solar directa. Estos fenómenos son llamados colectivamente meteorología espacial.

Sobre la Atmósfera

El viento solar afecta a los rayos cósmicos entrantes que interactúan con la atmósfera de los planetas. Por otra parte, los planetas con una magnetosfera débil o inexistente, están sujetos al agotamiento de su atmósfera por el viento solar. Venus, el planeta más cercano y más similar a la Tierra en nuestro sistema solar, tiene una atmósfera 100 veces más densa que la nuestra. Las sondas espaciales modernas han descubierto una cola de cometa que se extiende hasta la órbita de la Tierra.

Marte es mayor que Mercurio, y esta cuatro veces más lejos del sol, y sin embargo, aquí se piensa que el viento solar ha eliminado hasta un tercio de su atmósfera original, dejando una capa igual a 1/100 de la atmósfera de la Tierra. Se cree que el mecanismo de este agotamiento es la atmósfera fue forzada dentro de las burbujas del campo magnético, que fueron posteriormente arrancadas por los vientos solares.

Los Cinturones de Van Allen protegen la Tierra de los rayos cósmicos. Sin embargo existe una zona llamada Anomalía del Atlántico Sur, que es una depresión en el campo magnético. En esta zona se registra una mayor radiación que en otros sectores. Y afecta solamente a satélites que pasen por esta zona.

Superficies planetarias

Mercurio, el planeta más cercano al Sol, recibe toda la fuerza de los vientos solares, la atmósfera que tiene es residual y transitoria, por lo que su superficie siempre es impactada por la radiación.

El satélite de la Tierra, la Luna no tiene atmósfera ni campo magnético intrínseco, y en consecuencia, su superficie es bombardeada con toda la fuerza del viento solar . Las misiones del Proyecto Apolo y todas sus herramientas fueron cubiertos con aluminio desplegado, y se usaron colectores pasivos en un intento de acceder a muestras de suelo lunar. Cuando la misión regresó y trajo las muestras de la superficie lunar, el estudio confirmó que el regolito lunar es rico en núcleos de los átomos depositados por el viento solar. Se ha especulado que estos elementos pueden llegar a ser recursos útiles para el futuro de las colonias de la Luna.

Una nueva energía renovable del espacio

La humanidad esta descubriendo nuevas formas para satisfacer nuestras crecientes necesidades de energía de una forma más eficiente. Anteriormente, en Quinto Armónico, se explicó que científicos han descubierto cómo obtener electricidad del aire, aunque esto, está más lejos de conseguirse.

La energía solar fotovoltaica y la eólica, son las tecnologías de producción energética renovable que más están creciendo. Están siendo impulsadas por enormes avances tecnológicos y, ayudadas por la administración. Pero a pesar de que han centrado, durante mucho tiempo, una gran cantidad de esfuerzos científicos y técnicos, nadie es capaz de definir cuál de las dos es mejor y, por lo tanto en la que volcarse de cara al futuro. Pero tal vez no haya que decidir entre ellas, tal vez haya una tercera vía, una intermedia.

Científicos de la Universidad Estatal de Washington han combinado las dos. La energía solar fotovoltaica y la eólica unidas para producir cantidades enormes de energía. Es lo que han bautizado como “solar wind power“, que se puede traducir, más o menos como “energía del viento solar”. Estos científicios esperan que satisfaga todas las necesidades energéticas de la humanidad, que no es poco.

Ventajas de la energía del viento solar

  • Los científicos dicen que, aunque toda la energía generada por el viento solar no es posible hacerla llegar al planeta para su consumo, debido a que una gran cantidad de energía generada por el satélite tiene que ser devuelta de nuevo al conductor de cobre para crear el campo magnético, sin embargo, el cantidad que llega a la tierra es más que suficiente para satisfacer las necesidades de la humanidad entera, independientemente de las condiciones ambientales.
  • Por otra parte, el equipo de científicos de la Universidad de Washington espera que pueda generar un trillón de gigavatios de energía mediante el uso de una vela solar de captación masiva de 8.400 kilómetros de ancho, dentro del haz del viento solar.
  • De acuerdo con el equipo de la Universidad de Washington, 1000 hogares pueden abastecerse de energía mediante una antena receptora hecha con unos 300 metros de cable de cobre, montado en un receptor de unos dos metros de ancho por 10 metros de diámetro.
  • Un trillón de gigavatios de energía pueden ser generados por un satélite con 1.000 metros de cable y una correcta antena orbitando alrededor de la tierra.
  • Si se resuelven los problemas encontrados, creen los científicos que esta técnica de generación será capaz de abastecer a la humanidad, proporcionándonos, además nuevas formas de generación energética fuera de lo esperado.
  • Como está claro, ésta se trata de una fuente de energía renovable e inagotable.

Desventajas de la energía solar la energía eólica

Energia_eólica

Pero a pesar de que la energía del viento solar podría resolver casi todos los problemas que tiene la humanidad para la generación de energía de un modo sostenible, tiene ciertas desventajas y problemas:

  • Brooks Harrop, el co-autor del estudio dice que, si bien los científicos están deseosos de aprovechar el viento solar, antes se han de resolver las distintas problemáticas que en cuanto a diseño de los satélites, aunque los ingenieros de distintas administraciones en EE.UU. están trabajando en ello ya.
  • La distancia entre el satélite y la tierra será tan grande que el rayo infrarrojo deberá viajar millones de kilómetros, hace que incluso el más compacto haz de láser pueda perder la mayor parte de la energía en el camino. Para resolver este problema, se está trabajando en conseguir un nuevo láser más focalizado.
  • Pero incluso si estos rayos láser llegaran correctamente del satélite, es muy dudoso que los satélites actuales, con la forma que tienen, fueran capaz de enviar y recibir estos rayos e, incluso captar la energía. Greg Howes, un científico de la Universidad de Iowa, dice:

La energía está ahí, es un hecho. Pero para aprovechar la energía del viento solar se requieren grandes satélites. Puede que encontremos grandes obstáculos prácticos para poder hacer esto.

Aunque este tipo de energía, sólo se pueda aprovechar en un futuro a medio plazo, el hecho de saber cómo es un avance y, cuando la técnica lo permita, seguro que lo podremos explotar.

Fuentes

  • Institución Principal: Instituto de Geofísica y Astronomía.
  • Edición: Nadia García Estrada Diseño y tratamiento de imágenes: Marlene Sardiña Prado

corrección editorial: Caridad Ferrales Avín 2005, Año de la Alternativa Bolivariana para Las Américas.