BOULDER, COLORADO-Para todo febrero el sol está casi impecable, un círculo liso rellenado con un lápiz de color dorado. Hacía más de una década que no tenía tantas manchas solares -nudos magnéticos oscuros tan grandes como la Tierra que son un barómetro del temperamento del sol-. Sin embargo, bajo la superficie se está produciendo una transición radical. Dentro de unos 5 años, el sol estará repleto de manchas solares y será más propenso a sufrir violentos estallidos de actividad magnética. Luego, dentro de unos 11 años, el ciclo solar concluirá: Las manchas solares se desvanecerán y el sol volverá a estar tranquilo.
A principios de marzo, una docena de científicos descienden en el Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR) aquí para predecir cuándo el sol alcanzará su pico, y cómo de revoltoso se volverá. Mientras la luz se refleja en la nieve atrapada en los árboles y se cuela por los altos ventanales de una sala de conferencias, el Panel de Predicción del Ciclo Solar 25 se pone en orden. La NASA y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) han patrocinado estos paneles desde 1989, con el objetivo de entender qué impulsa los ciclos de 11 años del sol y evaluar los métodos para predecirlos. Pero el ejercicio no es sólo académico: Los militares, los operadores de satélites y las compañías eléctricas quieren saber qué les depara el sol, porque las erupciones y las ráfagas de partículas cargadas que marcan el máximo solar pueden dañar sus tecnologías.
Las manchas solares pueden verse a simple vista, pero no fue hasta mediados del siglo XIX cuando los astrónomos se dieron cuenta de que iban y venían según un calendario aproximado. Aparecen por primera vez en latitudes medias y luego proliferan, migrando hacia el ecuador a lo largo de unos 11 años. En 1848, el astrónomo suizo Johann Rudolf Wolf publicó un informe sobre el registro de manchas solares, identificando los años 1755-66 como el «Ciclo 1», el primer periodo en el que los recuentos eran fiables. A continuación, creó una fórmula para contar el número de manchas solares diarias, una técnica algo subjetiva que ha evolucionado hasta convertirse en un método de recuento utilizado hoy en día para casar conjuntos de datos a lo largo de los siglos.
Sin embargo, los ciclos son caprichosos. A veces, el sol permanece en silencio durante décadas, con un recuento anémico de manchas solares a lo largo de varios ciclos, como ocurrió durante el llamado mínimo de Dalton del siglo XIX. Los científicos del NCAR se han reunido para predecir estas variaciones. El problema es que nadie, ni en esta sala ni en ninguna otra, sabe realmente cómo funciona el sol. La última vez que el panel se reunió, en 2007, sus científicos evaluaron docenas de modelos y llegaron a una predicción que estaba lejos de ser perfecta. Se equivocó en el momento del máximo, abril de 2014, por casi un año, y también en la debilidad general del último ciclo. Este panel, una lista de quién es quién de los científicos solares, no sabe si lo hará mejor.
Mientras el reloj del NCAR avanza hacia la hora de inicio, los panelistas se sientan en un silencio incómodo, agarrando sus tazas de café compostables. Saben lo que les esperan los próximos 4 días: peleas sobre física e intuición, creencias y datos, correlación y causalidad. Las tensiones ensombrecen la reunión: Scott McIntosh, director del Observatorio de Gran Altitud (HAO) del NCAR, tiene un despacho encima de la sala de reuniones y su propia visión poco ortodoxa de lo que impulsa el ciclo solar y cómo predecirlo. Pero McIntosh, franco y provocador, no ha sido invitado a formar parte del panel, aunque un colaborador presentará la investigación del HAO.
A las 8:30 de la mañana, el serio líder del panel, Doug Biesecker -que trabaja en el Centro de Predicción del Tiempo Espacial de la NOAA aquí y se desplaza en bicicleta independientemente del tiempo- da la bienvenida a todos a la tarea: clasificar los muchos modelos y llegar a un consenso sobre el próximo ciclo. «El desorden que se obtiene de la comunidad debe sintetizarse en algo que sea idealmente correcto», dice Biesecker. «Pero ya sabes, ¿cómo podemos saber lo que va a ser correcto?»
No pueden.
Como para probar el punto, aparecen 14 manchas solares sorpresa, bullendo en la superficie que había estado tan sin rasgos durante tanto tiempo.
Incluso en sus días más tranquilos, el sol bulle. Alimentado por la fusión en su núcleo, el sol es una bola de partículas calientes y cargadas, o plasma, que se agita constantemente, generando corrientes eléctricas que a su vez inducen campos magnéticos. En las profundidades del sol hay una densa zona de radiación, donde los fotones se abren paso lentamente hacia el exterior. En cierto punto -en el tercio exterior del sol- el plasma se enfría lo suficiente como para permitir la convección, un movimiento de ebullición que lleva la energía hacia la superficie. En esta zona, el sol gira de forma diferencial: más rápido en el ecuador que en los polos. Los movimientos de cizallamiento resultantes estiran y retuercen los campos magnéticos, fortaleciéndolos, un proceso que de alguna manera afecta al ciclo de 11 años. Las líneas de campo enredadas a veces atraviesan la zona convectiva y sobresalen de la superficie, formando manchas solares.
El flujo y reflujo del sol afecta a la Tierra. Su atmósfera superior absorbe los rayos ultravioleta del sol, que se atenúan ligeramente en el mínimo solar. Esto hace que la atmósfera se enfríe y se contraiga, reduciendo la fricción de los satélites que vuelan a baja altura. En los ciclos solares tranquilos, los operadores suponen que sus satélites permanecerán en órbita durante más tiempo, y como lo mismo ocurre con la basura espacial, el riesgo de colisión aumenta. El campo magnético del sol también se debilita en el mínimo solar, lo que supone otra amenaza para los satélites. El campo debilitado rechaza menos rayos cósmicos galácticos, partículas de alta energía que pueden voltear bits en la electrónica de los satélites.
En cambio, en el máximo solar, el sol calienta e infla la atmósfera superior de la Tierra, y a menudo estalla y libera sus propias partículas. No son tan energéticas como los rayos cósmicos galácticos, pero llegan en forma de avalancha. Según Biesecker, estas «eyecciones de masa coronal» de partículas cargadas son 10 veces más frecuentes que en el mínimo. Horas o días después de que el sol las escupa, las partículas se precipitan en el campo magnético de la Tierra, provocando tormentas geomagnéticas que pueden durar días. Las tormentas pueden perturbar las comunicaciones, interrumpir el seguimiento de las naves espaciales y los misiles, y desviar las mediciones del GPS. También pueden inducir potentes corrientes en las redes eléctricas, que pueden destruir transformadores y otros equipos. Las tripulaciones aéreas que se encuentran a gran altura, especialmente cerca de los polos, pueden recibir una lluvia de partículas energéticas del sol, lo que supone un riesgo de cáncer.
Todo ello aumenta la importancia práctica de las previsiones del panel. «Si se diseña un satélite para una vida útil de 10 ó 12 años, hay que tener en cuenta el ciclo», afirma Michael Martínez, vicepresidente de operaciones de misión de Maxar en Westminster (Colorado), que fabrica orbitadores de alta resolución. Los diseñadores tienen que asegurarse de que el satélite tiene suficiente propulsor para combatir la fricción de una atmósfera en expansión a medida que el sol se acerca al máximo, y tienen que proteger su electrónica de las partículas solares.
Lo más preocupante es la posibilidad de que se produzca una gran tormenta solar, como el evento Carrington de 1859. Durante esa tormenta, el sol expulsó miles de millones de toneladas de partículas cargadas, provocando auroras hasta el sur del Caribe y generando corrientes en las líneas telegráficas lo suficientemente potentes como para provocar una descarga eléctrica. Hoy en día, el efecto de un evento de este tipo sobre los ordenadores y las comunicaciones sería nefasto. Los sistemas de transacciones financieras podrían colapsar. La energía y el agua podrían cortarse fácilmente. «Probablemente serían Los Juegos del Hambre muy pronto», dice McIntosh.
Si se diseña un satélite para una vida de 10 o 12 años, hay que tener en cuenta el ciclo.
McIntosh no cuestiona la necesidad de prepararse, pero se muestra escéptico con el enfoque del panel. De hecho, cree que su propia premisa -predecir el aumento y la disminución de las manchas solares- está fuera de lugar. Las manchas solares, y el propio ciclo, son sólo síntomas de una historia aún misteriosa que se desarrolla en el interior del sol.
Lika Guhathakurta, observadora del panel del Centro de Investigación Ames de la NASA en California, está de acuerdo. «La mancha solar no es un índice físico de nada», dice, tras las charlas introductorias de la mañana. «Así que el hecho de que lo hayamos utilizado como un proxy en sí mismo presenta un problema». Utilizar las manchas solares -un efecto secundario, no una causa- para predecir el comportamiento futuro del sol es como intentar adivinar la teoría de los gérmenes de las enfermedades mirando una nariz que moquea, piensan ella y McIntosh.
Pero como los panelistas se han reunido específicamente para predecir el número de manchas solares, siguen adelante, revisando unos 60 modelos durante los próximos 4 días. Cada uno de ellos predice el número de manchas solares en el máximo solar, así como el momento del mínimo y del máximo.
Muchos de los modelos se basan en «precursores», es decir, en indicadores observables, no muy diferentes de las propias manchas solares, que han demostrado ser empíricamente útiles para predecir el momento o la magnitud del máximo solar. Uno de los más populares es la intensidad del campo magnético en los polos del sol en el mínimo solar. Los telescopios pueden medir la intensidad de este campo midiendo el modo en que los átomos de la superficie solar absorben ciertas longitudes de onda de la luz. Un campo débil suele anunciar un ciclo tranquilo, ya que los campos polares representan las semillas que se abrirán paso como manchas solares y crecerán hasta convertirse en la actividad del próximo ciclo solar. Robert Cameron, panelista y físico solar del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar en Göttingen, Alemania, dice que a lo largo de unos cuatro ciclos de observación directa y más de un siglo de datos indirectos, la correlación «es buena y altamente significativa desde el punto de vista estadístico»
Otros modelos precursores se basan en los efectos del ciclo solar en la Tierra. Durante 170 años, por ejemplo, los observatorios de todo el mundo han seguido las perturbaciones en el campo magnético de la Tierra, que tienden a ser más frecuentes en el máximo solar. Pero al medir algo en la Tierra y no en el sol, los métodos se alejan, dice Dean Pesnell, científico del proyecto del Observatorio de Dinámica Solar de la NASA e investigador del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. «Han tenido un historial mixto».
Otro enfoque se asemeja a la predicción del clima: utilizar simulaciones basadas en la física del sol para predecir cómo evolucionará. Los modelos, que combinan teorías de electromagnetismo y dinámica de fluidos, parten de las condiciones actuales del sol y calculan su evolución a lo largo del ciclo. Y están mejorando, dice Maria Weber, panelista y miembro de la Universidad de Chicago en Illinois. El aumento de la potencia de cálculo y la mejora de los algoritmos permiten a los científicos realizar en pocas horas simulaciones que hace una década habrían tardado semanas. También disponen de más mediciones para calibrar los modelos: no sólo el recuento de manchas solares y las mediciones del campo polar, sino también los datos de heliosismología -mediciones de las vibraciones que sondean el interior del sol- que pueden captar el flujo de plasma bajo la superficie solar.
NASA/SDO; AIA, EVE, AND HMI SCIENCE TEAMS
Estos modelos de «dinamo» están proporcionando información sobre cómo cambia la forma del campo magnético del sol en el transcurso de un ciclo. Al principio, el campo es principalmente poloidal, con líneas de campo que van de polo a polo como las de una barra magnética. Pero a medida que la rotación diferencial del sol retuerce el campo magnético, su forma se vuelve toroidal, envolviendo a la estrella como un donut. «Es entonces cuando el magnetismo crea específicamente las manchas solares», dice Weber.
Con el tiempo, el «flujo meridional», una circulación de ecuador a polo en la zona convectiva, empuja estos campos magnéticos superficiales de vuelta hacia los polos, convirtiendo los campos toroidales de nuevo en poloidales. Aunque los modelos pueden recrear este ciclo básico de 11 años, Weber dice que siguen teniendo un gran fallo. «Ningún modelo de dínamo ha sido capaz de crear realmente manchas solares», afirma Weber. Los modelizadores utilizan el intenso magnetismo toroidal como sustituto de las bandas productoras de manchas solares.
Otros modelos buscan correlaciones como un teórico de la conspiración: en cualquier lugar donde puedan encontrarlas. Uno de ellos analiza la relación entre el descenso de las manchas solares de hace tres ciclos y el pico del ciclo actual. Otro relaciona la duración del ciclo anterior con el número mínimo de manchas solares. «No hay mucha física en juego», admite la panelista Rachel Howe, de la Universidad de Birmingham (Reino Unido), que se ha encargado de revisar el batiburrillo de modelos estadísticos. «Tampoco hay mucha sofisticación estadística».
El panelista Andrés Muñoz-Jaramillo, del Southwest Research Institute de Boulder, coincide con Howe. «No hay conexión alguna con la física solar», dice frustrado. McIntosh, que a estas alturas ya ha bajado de su despacho y aparece en la puerta, es más contundente. «¿Intentas deshacerte de la numerología?», dice, sonriendo.
«Así es como se ha producido algo de ciencia», protesta Lisa Upton, copresidenta de Biesecker y física de la Space Systems Research Corporation en Alexandria, Virginia: Encuentras una oscura relación cuantitativa que no entiendes, y sólo después modelas lo que significa físicamente.
Biesecker concede el punto. «Pero realmente no hemos encontrado ninguna que parezca funcionar», dice. «Y lo hemos estado haciendo durante cientos de años»
McIntosh está irritado porque el panel está sopesando modelos que considera dudosos. «Así es como surgen las iglesias», dice. «Eres un discípulo de un discípulo de un discípulo». McIntosh, que no estudió astrofísica en la escuela y en su lugar se centró en las matemáticas y la física, tiene su propia idea de cómo funciona el sol -y no surge de uno de los modelos populares.
Alrededor de 2002, comenzó a catalogar las características brillantes que, en las imágenes ultravioletas extremas de la atmósfera exterior del sol, o corona, parecen boyas que flotan en el plasma brillante. Estos puntos brillantes, descubrió, siguen una trayectoria similar a la de las manchas solares a través del sol, excepto que comienzan más arriba, a unos 55° de latitud, antes de marchar hacia el ecuador. La hipótesis de McIntosh es que tanto las manchas solares como los puntos brillantes reflejan bandas paralelas de flujo magnético que, al principio de cada ciclo, surgen en latitudes altas y, como un reloj, se encuentran en el ecuador al final del ciclo. Los puntos brillantes, sin embargo, podrían ser mejores marcadores para las bandas, más estrechamente vinculados a lo que está sucediendo en el interior del sol.
Si las predicciones se mantienen, en algún momento alguien tiene que sentarse y tomar nota.
Durante el último mínimo solar, observó cómo los puntos brillantes -y presumiblemente, las bandas- se superponían en el ecuador. McIntosh llama a este encuentro «el Terminador», porque cree que es el momento en que las dos bandas -que tienen polaridad magnética opuesta- se cancelan mutuamente, marcando el abrupto final de un ciclo de 11 años y el comienzo del siguiente. Pero como el polo norte y el polo sur del Sol se invierten al final de cada ciclo, McIntosh prefiere hablar de un ciclo ampliado de 22 años. Espera que, al entender las bandas, los científicos puedan por fin elaborar previsiones fiables y precisas.
El equipo aún está trabajando para saber exactamente por qué se formarían estas supuestas bandas. En un artículo publicado en 2014 en The Astrophysical Journal, McIntosh y sus colegas expusieron su mejor conjetura: las células gigantes que se arremolinan cerca de la base de la zona convectiva forman tubos de flujo magnético que aparecen en la superficie como bandas de actividad.
En medio de su investigación, descubrieron que no estaban solos: En la década de 1980, otros científicos habían publicado un artículo en Nature que describía básicamente la misma idea. Pero ese trabajo desapareció en el olvido. Ahora, la idea de un ciclo prolongado de 22 años vuelve a estar de moda entre algunos investigadores. La científica del HAO Mausumi Dikpati ha publicado recientemente un artículo en Nature que se basa en las ideas de McIntosh. Según su hipótesis, las bandas magnéticas también producen «diques magnéticos» que retienen el plasma acumulado. Cuando las bandas se encuentran y se aniquilan entre sí, los diques se rompen. El plasma sube desde el ecuador hacia las latitudes medias a 300 metros por segundo en lo que Dikpati llama un «tsunami solar». Las ondas impulsan los campos magnéticos hacia la superficie, creando las primeras manchas solares del siguiente ciclo unas semanas después.
Dikpati, que es asesor del panel, presenta esta investigación a los panelistas, que, a estas alturas, tienen mucho que considerar antes de emitir sus votos.
Para el último día, la nieve se ha derretido de los pinos. Es el momento de que el panel haga su predicción. Biesecker parece cansado cuando se presenta ante los panelistas. «El consenso entre los expertos puede ser a menudo una mejor predicción del estado futuro de un sistema que el conjunto de predicciones individuales», dice.
McIntosh se cierne de nuevo en la puerta mientras los panelistas votan solemnemente, sus predicciones y estimaciones de incertidumbre basadas en una evaluación instintiva de los modelos. Biesecker tabula obedientemente las estimaciones, y llega a un rango de pico de manchas solares: 95 a 130. Se trata de un ciclo débil, pero no muy fuerte, y es marginalmente más fuerte que el ciclo anterior. Hace lo mismo con las votaciones sobre el momento del mínimo. El consenso es que llegará en algún momento entre julio de 2019 y septiembre de 2020. El máximo llegará en algún momento entre 2023 y 2026.
McIntosh tiene su propia predicción privada: un pico de 155 manchas solares, a mediados de 2023. Reconoce que podría equivocarse. Pero una predicción acertada, espera, hará que su modelo tenga cierta aceptación. «Si las predicciones se mantienen», dice McIntosh, «en algún momento alguien tiene que sentarse y tomar nota».
Quién, si es que alguien, tiene razón no se sabrá durante años. Mientras tanto, el sol, acercándose al mínimo, está resultando tan sorprendente como siempre. La noche anterior, esa región activa de manchas solares entró en erupción durante una hora seguida. Las partículas de la eyección de masa coronal llegarán en cuestión de días.
Mientras el panel prepara sus predicciones y perfecciona sus mensajes, la tormenta carga hacia la Tierra, esté o no preparada.
*Aclaración, 19 de junio, 2 p.m.: La afiliación de Michael Martínez ha sido cambiada para reflejar la absorción de DigitalGlobe por la nueva empresa matriz Maxar.