La proximidad a la Tierra y la enorme violencia con la que se producen determinados fenómenos convierten al Sol en una poderosa fuente de ondas de radio y perturbaciones que afectan a muchos sistemas electrónicos de nuestro planeta. En este artículo hablamos un poco de las influencias del “Astro Rey” en nuestro planeta, específicamente en los equipos electrónicos de telecomunicaciones.
El Sol es una estrella de quinta magnitud y sólo nos parece tan grande y brillante debido a su proximidad.
Todas las estrellas que vemos de noche tienen una estructura similar a la de nuestro Sol y aparecen como simples puntos de luz porque se encuentran a distancias fantásticas.
Para que se haga una idea de estas distancias y del tamaño de estos cuerpos, basta con decir que el Sol tiene una masa de 1 millón y 300 miles veces mayor que la de la Tierra, situada a una distancia de 150 millones de kilómetros, mientras que la estrella más cercana está a 4,5 x 1013 kilómetros de distancia (figura 1).
La luz, que puede llegar del Sol en sólo 8 minutos y tarda sólo 4 años y medio en llegar desde la estrella más cercana Alfa-Centauri, nos vemos aquí.
Las estrellas como el Sol están formadas por enormes bolas de gases incandescentes, con predominio de Hidrógeno y Helio.
La temperatura en la superficie del Sol es del orden de 6000 grados, pero en el interior se eleva a 10 millones de grados o más.
A esta temperatura, los átomos pierden todos sus electrones, es decir, se quedan sin electrosfera, constituida prácticamente por núcleos aislados de protones y neutrones, lo que aumenta la probabilidad de sus colisiones.
Y es en estos choques donde se producen las reacciones que transforman los núcleos de hidrógeno en helio, liberando la energía que mantiene caliente al Sol (figura 2).
En definitiva, el Sol es un tipo de reactor nuclear que consume hidrógeno, produciendo helio y liberando así energía en forma de luz y calor, además de otras radiaciones.
Si tenemos en cuenta las altas temperaturas y el tamaño del propio Sol, es de esperar que en ese planeta las cosas ocurran a veces de forma bastante violenta.
De hecho, además de las turbulencias normales que se producen con el movimiento de la materia, de vez en cuando se producen violentas explosiones que lanzan enormes cantidades de materia a miles de kilómetros al aire.
Estas llamaradas debidas a explosiones solares lanzan enormes cantidades de energía al espacio que afectan a la Tierra (figura 3).
Además, aparecen manchas en la superficie del Sol que corresponden a regiones más frías, pero que en realidad son remolinos de materia capaces de producir perturbaciones magnéticas de gran intensidad.
Todas estas turbulencias no ocurren continuamente. Hay ciclos donde se producen máximos y mínimos, es decir, en los que aumentan las turbulencias y en los que el Sol se mantiene más o menos “calmado” en relación a lo que podría perjudicar nuestras comunicaciones aquí en la Tierra.
El ciclo principal es de aproximadamente 10,7 años (también llamado ciclo de 11 años).
En el máximo de este ciclo, como se muestra en el gráfico de la figura 4, el número de manchas en el Sol aumenta y, como resultado, las comunicaciones aquí en la Tierra se ven significativamente afectadas, al igual que varios dispositivos que dependen de campos magnéticos débiles para su funcionamiento.
Es interesante observar que el Sol, al igual que la Tierra, gira alrededor de su propio eje, con un periodo de aproximadamente 27 días; decimos aproximadamente porque al ser el Sol una esfera "gaseosa", el material fluye en diferentes latitudes a diferentes velocidades, lo que dificulta establecer un período de rotación exacto. Esto quiere decir que los fenómenos que están en el lado que mira a la Tierra nos afectan de forma inmediata, y que hay un periodo con un máximo de 27 días que se debe considerar en los fenómenos.
Pero, ¿qué tipo de fenómenos ocurren en la Tierra y el Sol que afectan tanto a nuestros sistemas electrónicos?
ALREDEDOR DE LA TIERRA
Alrededor de la Tierra, a una altura que varía entre 80 y 400 kilómetros, existe una capa atmosférica en la que los átomos están electrificados, es decir, están dotados de cargas eléctricas.
Esta capa, subdividida en capas más delgadas y llamada ionosfera, es la encargada de reflejar las ondas de radio (figura 5).
Las ondas de radio con frecuencias inferiores a 30 MHz pueden reflejarse en estas capas y así recorrer grandes distancias, independientemente de la existencia de la curvatura de la Tierra (figura 6).
La ionización de las partículas de la ionosfera se debe a la fuerte radiación que recibimos principalmente del Sol.
En forma de rayos ultravioleta, rayos X e incluso partículas alfa, la radiación desprende electrones de la atmósfera en sus capas superiores, produciendo las partículas cargadas (iones) responsables de la acción de las ondas de radio.
Es evidente que los cambios en el comportamiento del Sol influyen directamente en el comportamiento de estas capas. Esto lo podemos ver fácilmente en la estructura de la propia ionosfera, que es diferente durante el día que durante la noche.
Los que escuchan ondas cortas o son radioaficionados saben que es necesario planificar bien el tiempo de escucha o comunicación, teniendo en cuenta la posición del Sol e incluso las estaciones.
Durante el día no tenemos la misma facilidad para escuchar emisoras lejanas, en determinadas frecuencias, que durante la noche.
Lo importante es que todo el equilibrio dinámico de la ionosfera depende en gran medida del Sol.
EL SOL Y LA IONOSFERA
“El 26 de julio de 1946, a las 11:15 am, los astrónomos vieron un filamento escarlata caliente cruzar la cara del Sol directamente sobre una gran mancha solar activa. En el momento de su aparición, la transmisión de radio de onda corta desapareció en todo el hemisferio iluminado por la luz del día. En una de las frecuencias de radio, la estática, procedente de la dirección del Sol, aumentó más de 10.000 veces el volumen normal. En el transcurso de los siguientes 10 o 12 minutos, el filamento escarlata aumentó su intensidad durante unos segundos y brilló con su luz roja 30 veces más que la brillante cara del sol. Luego, menos rápidamente de lo que había aparecido, el resplandor se alargó, se extendió y desapareció. A las 12:30 horas la distancia era de 350.000 millas; cerca de un borde del resplandor, se vio caer hacia el Sol una masa de gas más frío que cubría una superficie de mil millones de millas cuadradas a una velocidad de 45 millas por segundo. Unas horas más tarde, el resplandor escarlata ya no existía y no quedaba nada que marcará su posición en el gran grupo de manchas solares. Pero a las 13.45 horas del día siguiente, los sensibles instrumentos magnéticos de los observatorios repartidos por toda la Tierra empezaron simultáneamente a temblar violentamente. El campo magnético en la superficie de la Tierra tembló durante las siguientes doce horas; luego volvió gradualmente a su estado normal y sin perturbaciones. Los circuitos inalámbricos de prensa entre Nueva York y las capitales del norte de Europa permanecen inservibles durante la mayor parte del 26 y 27 de julio. Una brillante aurora iluminó el cielo de la costa este, en las primeras horas del día 27; en Washington, cintas de colores se arremolinan más allá del cenit en la parte sur del cielo."
Este extracto del libro "Nueva Astronomía", en el capítulo "El Sol y sus Satélites" (Ibrasa 1959 - São Paulo) muestra muy bien lo que sucede en la práctica con una explosión solar más violenta.
A finales de junio de 1988, un fenómeno similar interrumpió los enlaces de retransmisión de onda corta, VHF, UHF y satélite.
¿Pero qué sucede realmente?
En los primeros momentos, cuando se produce la explosión que lanza una gran cantidad de materia al espacio, tenemos un aumento en el nivel de irradiación de ondas electromagnéticas en diferentes bandas. Además de los rayos X y la radiación ultravioleta, obtenemos un aumento de la radiación de ruido térmico en las bandas UHF y microondas.
Este nivel de ruido, que puede aumentar cientos de veces con respecto a lo normal, provoca un aumento del nivel de llovizna en las transmisiones de televisión por satélite y del ruido de fondo de las transmisiones de voz y sonido.
Al tratarse de radiación electromagnética, las consecuencias del fenómeno ya aparecen unos 8 minutos después del suceso. Este es el tiempo que tarda una onda electromagnética en recorrer los 150 millones de kilómetros que separan la Tierra del Sol.
En particular, la radiación aumenta a una frecuencia de 137 MHz y 2800 MHz, lo que corresponde a la banda de 10,7 cm de emisión de hidrógeno cuando se excita fuertemente.
Los propios radioastrónomos utilizan el nivel de ruido en esta última frecuencia como parámetro para medir la actividad solar (figura 7).
La banda VLF (frecuencias en torno a 27kHz) sufre un cambio brusco de comportamiento, con un aumento de alcance.
Las ondas cortas se ven afectadas por los efectos que la radiación tiene sobre la ionosfera, provocando una fuerte agitación en las distintas capas, lo que modifica su índice de refracción.
En algunos casos, las capas pueden incluso sufrir un “cortocircuito”, perjudicando o interrumpiendo por completo las comunicaciones en determinadas bandas.
Los problemas magnéticos y muchos otros que se producen en la ionosfera se deben al flujo de partículas que emite el Sol, pero que, al ser más lentas, llegan a la Tierra sólo al cabo de unas horas.
En este flujo encontramos electrones acelerados, partículas alfa (núcleos de hidrógeno), entre otros.
Bajo la acción del campo magnético terrestre, estas partículas giran en espiral hacia los polos, dando lugar a perturbaciones magnéticas y las llamadas auroras boreales.
Al encontrar una mayor densidad de partículas en la atmósfera superior, las partículas que mayormente ingresan a la atmósfera cerca de los polos provocando una luminiscencia en forma de bandas (cortinas) que se llama aurora boreal. (figura 8)
El campo magnético de la Tierra es creado por el movimiento del planeta alrededor de su eje y por las capas conductoras que existen tanto en la propia Tierra como en la atmósfera superior (ionosfera); un cambio en esta conductividad influye directamente en el campo generado, de ahí los cambios que puede provocar un mayor flujo de partículas.
Las capas de la ionosfera en sí no son tan fijas como podría pensarse a primera vista. La agitación es normal y sus límites no pueden determinarse con precisión.
Las oscilaciones de estas capas son una de las causas del fenómeno conocido como “fading” (desvanecimiento) que se produce cuando escuchamos emisoras de onda corta o media por la noche.
Ese "ida y vuelta" de la estación, que a veces se hace más fuerte y otras más débil, se debe a las oscilaciones de la señal reflejada en una capa que no es fija.
La radiación del sonido, en un flujo intenso, puede aumentar la oscilación de estas capas, con efectos más graves sobre el fenómeno.
Se ven afectados los propios circuitos telefónicos de hilos que, al ser muy largos, pueden captar corrientes inducidas por variaciones de campo.
En estas ocasiones se puede observar un nivel de ruido anormal, comprometiendo también significativamente este tipo de servicio.
CONCLUSIÓN
El Sol, que nos envía luz y calor, y que es responsable de toda la vida en la Tierra, no es tan tranquilo e inofensivo como parece. Los fenómenos que ocurren en su superficie y que nosotros apenas notamos pueden tener enormes efectos en nuestros circuitos electrónicos.
Un técnico, especialmente un técnico de telecomunicaciones, debe tener una preocupación adicional cuando trabaja con circuitos o sistemas que son sensibles a las influencias comentadas en este artículo.
BIBLIOGRAFÍA
- La Nueva Astronomía - Scientific American Ibrasa - São Paulo - 1959
- The ARRL Handbook - 1987 - American Radio Relay League - USA.
- Radio Astronomy for the Amateur - Dave Heiserman - Tab Books - USA – 1975
- World Radio TV Handbook - 1985 – Billboard Dinamarca
- Rádio Propagação - Jaroslav Smith – Érica 1986