Los efectos de los eclipses solares: más allá de lo que se puede ver

El triángulo escaleno que se forma entre las localidades de Jicamarca, Perú; Tucumán, Argentina; y La Serena en Chile, sirvió de campo experimental para medir y tratar de entender los muchos efectos del eclipse ocurrido el año 2019 en una capa que, por lo elevada en su altura, se escapa de la mano a muchos investigadores.

Mientras las y los habitantes de América del Sur se maravillaban el 2 de julio del año pasado con el eclipse de Sol —que en las regiones de Atacama y Coquimbo alcanzó un 100% de oscuridad— un grupo de investigadores empujaba los límites de la ciencia un poco más allá, ya que estudiaron los efectos del eclipse que ninguno de los presentes podía llegar a ver.

Docentes y estudiantes de las universidades de Concepción, La Serena y Adventista de Chile  —que conforman el Centro Interuniversitario de Física de la Alta Atmósfera, CInFAA— se trasladaron hasta las instalaciones especiales ubicadas en el cerro Juan Soldado, pertenecientes a la Universidad de La Serena, donde se encuentra uno de los dos radares ionosféricos (ionosonda) presentes en el país, que serviría para estudiar el comportamiento de la ionosfera durante el fenómeno.

“Con mediciones de esta ionosonda y de otros equipos, en particular con receptores GPS distribuidos a lo largo de toda Sudamérica, pudimos estimar los comportamientos que ocurrieron en la ionosfera en esta parte del globo para dicho eclipse, y lo que hicimos —ya que los resultados eran muy complejos de entender, y nada lineales—, fue aplicar un modelo —Sheffield University Plasmasphere Ionosphere Model, SUPIM— que fue mejorado por el INPE —Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, de Brasil— para reproducir con mucha exactitud los resultados. Esa versión mejorada del modelo nos permitía tener una muy exacta resolución en las latitudes bajas, que es justamente donde el eclipse iba a ocurrir”, comenta el investigador postdoctoral Miguel Martínez Ledesma, integrante del Centro Para la Instrumentación Astronómica, CePIA, quien se encuentra realizando su pasantía en el Max Planck Institute for Solar System Research, Alemania.

Resultados

Con ese modelo llegaron a hacer una comparativa con los datos y entender algunos de los procesos que se mostraban con los datos de la ionosonda. “Comparamos también con ionosondas que estaban en Jicamarca y en Tucumán, observando que los efectos son muy distintos según la latitud. Cuanto más cercano al Ecuador magnético (Jicamarca) los impactos son mucho más relevantes, en el sentido de la dinámica ecuatorial que ocurre ahí y los efectos que eso genera posteriormente en el resto de la ionosfera”, añade.

Los resultados de ese estudio fueron principalmente intentar entender el comportamiento de la ionosfera bajo los eclipses, que de hecho es un área de estudio muy importante actualmente, porque hay muchos efectos que no se entienden en su totalidad.

Los eclipses son como un experimento a gran escala donde se puede conocer con exactitud la cantidad de radiación que vamos a dejar de percibir, pero en realidad la ionosfera no se comporta de forma lineal y eso lo hace todo más interesante y emocionante.

Cabe recordar que la ionosfera es la capa que se ioniza de la atmósfera, de ahí su nombre, que significa que la radiación solar ioniza los átomos y moléculas que hay allá arriba.

La ionosfera está situada entre los 80 y los 1000 kilómetros de altura y es la verdadera frontera que nos separa del espacio. En esas alturas, la radiación solar (los rayos X y ultravioleta) afecta a los átomos y moléculas atmosféricos, y hacen que el gas se convierta en un plasma (el cuarto estado de la materia y, de hecho, el más abundante del universo).

¿Y qué es lo que pasa con la ionosfera durante los eclipses? “Ocurre que la falta de radiación implicaría que dejaría de ionizarse, reduciendo la cantidad de partículas que se comportan como un plasma, pero hay otros procesos, hay otras dinámicas en distintas alturas, hay un comportamiento distinto del plasma que también tiene mucho que ver con la interacción con la magnetosfera y con otros procesos en la parte más baja de la atmósfera, que se acoplan y generan toda una serie de perturbaciones que todavía no están bien entendidas; entonces, nuestra principal contribución fue intentar llegar a entender un poco mejor cómo se comporta la ionosfera bajo los efectos del eclipse”, explica Martínez.

El eclipse del 14 de diciembre

Utilizando los resultados del anterior eclipse, se trabajó en mejorar el modelo utilizado para predecir los efectos del eclipse de Sol del 14 de diciembre, donde las comunicaciones y los sistemas de posicionamiento se verán afectados, ya que la ionosfera altera, e incluso en algunos casos bloquea, algunas de las frecuencias de radio que se transmiten para enviar información.

De hecho, “los GPS y los sistemas de posicionamiento que tenemos en los celulares y en los automóviles se ven afectados por muchos efectos que varían en la ionosfera, como por ejemplo, lo que se conoce como burbujas de plasma. Hay mucha dinámica, mucho movimiento del plasma que altera las ondas que se transmiten, entre ellos los sistemas de posicionamiento, pero también las comunicaciones HF, que son típicamente las utilizadas por los radioaficionados, y que también se utilizan en poblaciones remotas para hacer comunicaciones a larga distancia utilizando la ionosfera”, argumenta Martínez.

Las comunicaciones HF se verán afectadas por los eclipses. “Lo que observaremos es que las capas más bajas —que se van a ver casi completamente erradicadas y que son las que permiten hacer comunicaciones a larga distancia mediante el rebote de las señales electromagnéticas en la ionosfera— se verán reducidas, y por lo tanto las comunicaciones van a poder llegar muchísimo más lejos, aunque en algunos casos no van a poder llegar igual de bien y puede que sufran algunas atenuaciones y otras perturbaciones”, añade.

En particular, los GPS —que funcionan en frecuencias mucho más elevadas, en el rango de las microondas— deberían percibir posiciones no completamente exactas.

En general “en los sistemas de posicionamiento global existen muchos filtros y métodos para evitar los errores en la posición, pero si no existieran estos sistemas notaríamos grandes errores. Hay que tener en cuenta que cuando nosotros nos posicionamos estamos recibiendo señales de satélites que están en diferentes orientaciones; uno muy hacia el norte, otro hacia el este, otro hacia el oeste, etc. Si la sombra del eclipse atraviesa justamente por el camino que tiene que ver el satélite que está en el norte, los otros no se verán tan afectados, pero la posición relativa de acuerdo a las señales recibidas de ese satélite sí se verá afectada”, dice Martínez.

El profesional cuenta que en su estudio se han analizado los efectos del eclipse en todas las estaciones en Sudamérica que tienen radares ionosféricos para poder así dar un apoyo a las mediciones, para que otros centros de investigación puedan utilizar estas predicciones y mejorar sus mediciones. “Lo que hemos hecho es estudiar estos efectos antes de que ocurran para intentar estar preparados y así poder medirlos mejor”, afirma.

Pero hay mucho por conocer aún. “Una cosa es hacer la predicción, en que uno asume un comportamiento de la ionosfera, que el Sol se va a comportar como estimamos, pero puede que en ese momento aparezcan manchas solares que generen mucha mayor cantidad de rayos X y ultravioleta, o que se generen tormentas solares que envían una gran cantidad de partículas cargadas hacia nosotros. Es muy difícil poder prever el comportamiento de la naturaleza y eso es algo tremendamente interesante y motivante. Lo que queremos hacer es medirla lo mejor posible y así ayudar a entender bien todos los efectos que ocurren en la realidad y que aún no se comprenden bien”, señala el investigador.

“Este es el segundo trabajo que realizamos en CInFAA sobre eclipses, pero esperamos que en el futuro hayan muchos más y muchas más mediciones, y ojalá poder colaborar con muchos otros investigadores en todo Chile, Sudamérica, y a nivel mundial. No solo estamos haciendo predicciones para los efectos que se puedan medir en tierra, sino también que se puedan medir con los satélites, porque muchos de estos van a estar orbitando en distintas alturas y pueden medir también los efectos ionosféricos”, concluye Miguel Martínez Ledesma.