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Tormenta Solar descripción de fenómenos Basico Entrega 2

MANCHAS SOLARES/CICLO SOLAR:

Sunspots/Solar Cycle
Las Manchas Solares son regiones oscuras al Sol. Son regiones de campo magnético intenso que se asocian íntimamente a las Llamaradas Solares y a las expulsiones de Masa Coronal. Las manchas solares aparecen oscuras en la superficie del Sol porque son más frescas (3700 k) que el resto de la superficie solar (6000 k). Las manchas solares son más frescas porque sus Campos Magnéticos intensos inhiben la subida del calor del interior solar.

Las Manchas Solares pueden aparecer solas o en estrecha relación con otras Manchas Solares. Las Manchas Solares que están claramente conectadas entre sí se agrupan en regiones activas con un número oficial designado por la NOAA. Las regiones activas se clasifican según su tamaño y complejidad con una escala conocida como la escala de Zurich modificada.

Aunque las Manchas Solares aparecen más oscuras que el resto del Sol a simple vista, cuando las regiones activas en las que aparecen se examinan en longitudes de onda ULTRAVIOLETA o Rayos X, las Manchas Solares y las regiones activas asociadas aparecen considerablemente más brillantes que las otras áreas del  Sol. La irradiancia estas otras longitudes de onda demuestran realmente se origina en niveles más altos en la Atmósfera Solar, pero en la misma región del Sol.

La energía que falta de las Manchas Solares en el calor se compone en su lugar por la Energía del Campo Magnético. Los Campos Magnéticos se elevan por encima de la superficie y permanecen fuertes, mientras que el resto del Sol tiene campos magnéticos demasiado débiles. Los campos magnéticos fuertes se forman en bucles que confinan el plasma solar y lo calientan a temperaturas extremas superiores a 1 millón K. A estas temperaturas, no podemos ver el plasma en luz visible, pero se convierte en la característica dominante en ULTRAVIOLETA y Rayos X. Los cambios en estos Campos Magnéticos son la fuente principal de la mayor parte del tiempo del espacio, como llamaradas solares (apagones de radio) y expulsiones rápidas de la masa coronal (CMES).

Las Manchas Solares cambian continuamente, pero los puntos individuales pueden persistir por sólo unas pocas horas o durante muchas semanas e incluso meses. El número total de manchas solares se ha sabido para variar durante mucho tiempo con un período de 11 años conocido como el Ciclo Solar. El pico del Ciclo Solar se conoce como Máximo Solar y el Valle del Ciclo se conoce como Mínimo Solar.

En el Mínimo Solar puede haber muchos días seguidos sin Manchas Solares visibles, mientras que en el Solar Máximo cientos de puntos pueden ser visibles en cualquier momento.

Los ciclos solares se numeran con el Ciclo Solar 1 que comienza en 1755 y el ciclo solar más reciente, ciclo 24, comenzó en diciembre de 2008.

La cuenta de números de la Mancha Solar es un pedacito complicado, porque no sólo cada cuenta de la Mancha Solar como 1, pero cada región activa cuenta como 10. Debido a que una mancha solar solitaria también se considera una región activa, se cuenta como 11, así que en un día dado, el número de manchas solares puede ser 0, 11, o cualquier número mayor que 11.

FENOMENO:

Clima Espacial y sistemas GPS

El uso de sistemas de navegación de radio de frecuencia simple y dual, como el GPS, ha crecido dramáticamente en la última década.

Impactos del Clima Espacial en el clima
Todo el tiempo en la Tierra, desde la superficie del planeta hacia el espacio, comienza con el Sol.

Tormenta de Radiación Solar
Las tormentas solares de la radiación ocurren cuando una erupción magnética de gran escala, causando a menudo un bloqueo.

Manchas Solares/Ciclo Solar
Las Manchas Solares son regiones oscuras al Sol.
Sunspots/Solar Cycle

Llamaradas Solares (apagones de radio)
Las Llamaradas Solares son erupciones grandes de la radiación electromágnetica del Sol que duran a partir de minutos a las horas.
Solar Flare Image

Cinturones de Radiación
Los Cinturones de Radiación son regiones de poblaciones realzadas de electrones energéticos y protones que rodean la Tierra en el espacio.
Radiation Belts

Aurora
La aurora boreal (Northern Lights) y Aurora australis (Southern Lights) son el resultado de los electrones chocando con los alcances superiores de la Tierra .
Aurora

Orificios Coronales
Los Agujeros Coronales aparecen como áreas oscuras en la corona solar en ULTRAVIOLETA extrema (EUV) y imágenes solares suaves de la radiografía.

SDO-193 Image of Coronal Holes

Tormentas Geomagnéticas
Las tempestades geomagnéticas son fluctuaciones en el Campo Magnético de la Tierra, causada por cambios en el Viento Solar y el Campo Magnético Interplanetario.
Geomagnetic Storms

Relación del sol - Tierra:
Cerca de la Tierra

Tormenta de Radiación Solar
Las Tormentas Solares de la radiación ocurren cuando una Erupción Magnética de gran escala, causando a menudo un bloqueo.

Manchas Solares/Ciclo Solar
Las Manchas Solares son regiones oscuras al Sol.
Sunspots/Solar Cycle

Contenido total de electrones
El contenido total de electrones (TEC) es el número total de electrones presentes a lo largo de un trayecto entre un transmisor de radio y un receptor.
Total Electron Content

Cinturones de Radiación
Los Cinturones de Radiación son regiones de poblaciones realzadas de electrones energéticos y protones que rodean la Tierra en el espacio
Radiation Belts

Aurora
La aurora boreal (Northern Lights) y Aurora australis (Southern Lights) son el resultado de los electrones chocando con los alcances superiores de la Tierra .
Aurora

Magnetosfera de la Tierra
La Magnetosfera es la región del espacio que rodea la Tierra donde el Campo Magnético dominante es el campo magnético de la Tierra, más bien que el imán.

Ionosfera
La Ionosfera, entre 80 y ~ 600 km en la atmósfera superior de la Tierra, es donde la Radiación Solar causó la ionización crea una capa de electrones que pueden afectar a los sistemas de Tierra.

Orificios coronales
Los Agujeros Coronales aparecen como áreas oscuras en la Corona Solar en ULTRAVIOLETA extrema (EUV) y imágenes solares suaves de Rayos X.
SDO-193 Image of Coronal Holes

Rayos cósmicos galácticos
Los rayos cósmicos galácticos (GCR) son la fuente de energía de las partículas energéticas que constantemente bombardean la Tierra.
Galactic Cosmic Rays

Centelleo de la Ionosfera
El centelleo de la ionosfera es la rápida modificación de las ondas de radio causadas por pequeñas estructuras de escala en la ionosfera.
Plot of Ionospheric Scintillation

Tormentas Geomagnéticas
Las tempestades geomagnéticas son fluctuaciones en el Campo Magnético de la Tierra, causada por cambios en el Viento Solar y el Campo Magnético Interplanetario.
Geomagnetic Storms

Impactos del Clima Espacial en el Clima:
Impactos del clima espacial en el clima

Todo el tiempo en la Tierra, desde la superficie del planeta hacia el espacio, comienza con el Sol. 

 El Clima Espacial y el Clima Terrestre (el clima que sentimos en la superficie) están influenciados por los pequeños cambios que sufre el Sol durante su ciclo solar.

El impacto más importante que el Sol tiene en la Tierra es del brillo o irradiación del propio Sol.

El Sol produce energía en forma de fotones de luz. La variabilidad de la salida del Sol es dependiente de la longitud de onda; las diferentes longitudes de onda tienen mayor variabilidad que otras. La mayor parte de la energía del Sol se emite en las longitudes de onda visibles (aproximadamente 400-800 nanómetros (nanómetro)).  

La salida del sol en estas longitudes de onda es casi constante y cambia por solamente una porción en mil (0,1%) sobre el curso del ciclo solar de 11 años.

En las longitudes de onda ULTRAVIOLETA o ultravioleta (120-400 nanómetro), la variabilidad solar de la irradiación es más grande sobre el curso del Ciclo Solar, con los cambios hasta el 15%.

Esto tiene un impacto significativo en la absorción de la energía por el Ozono y en la Estratosfera.

En longitudes de onda más cortas, como el ultravioleta extremo (EUV), el Sol cambia en el 30%-300% sobre las escalas de tiempo muy cortas (es decir minutos). Estas longitudes de onda se absorben en la Atmósfera Superior por lo que tienen un impacto mínimo en el Clima de la Tierra.

En el otro extremo del espectro de luz, en las longitudes de onda infrarrojas (ir) (800 – 10.000 nm), el Sol es muy estable y sólo cambia por un porciento o menos sobre el ciclo solar.

El total de la energía integrada en longitud de onda de la luz solar se conoce como la Irradiaciones Solares Totales (TSI). Se mide de los satélites para ser cerca de 1365,5 vatios/m2 en el Mínimo Solar a 1366,5 vatios/m2 en el Máximo Solar. Un aumento del 0,1% en la ETI representa un cambio de aproximadamente 1,3 vatios/m2 en la entrada de energía en la parte superior de la Atmósfera. Esta energía se dispersa, se refleja y se absorbe a varias altitudes en la Atmósfera, pero el cambio resultante en la temperatura de la Atmósfera es medible. Cabe señalar que el cambio climático debido a la variabilidad solar es probablemente pequeño, pero es necesario realizar más investigaciones.

Hay otros tipos de Clima Espacial que pueden impactar la Atmósfera. Las partículas energéticas penetran en la Atmósfera y cambian los componentes químicos. Estos cambios en especies de menor importancia como el óxido nitroso (no) pueden tener consecuencias duraderas en la Atmósfera Superior y media, sin embargo no se ha determinado si éstas tienen un impacto importante en el Clima Global de la Tierra.

La duración del Mínimo Solar también puede tener un impacto en el Clima de la Tierra.

Durante el Mínimo Solar hay un máximo en la cantidad de Rayos Cósmicos, partículas de alta energía cuya fuente está fuera de nuestro Sistema Solar, llegando a la Tierra. Existe una teoría de que los Rayos Cósmicos pueden crear sitios de nucleación en la Atmósfera que siembran la formación de nubes y crean más condiciones . Si esto fuera cierto, entonces habría un impacto significativo sobre el clima, que sería modulado por el ciclo solar de 11 años.

Clima espacial y sistemas GPS:


El uso de sistemas de radionavegación por satélite de frecuencia única y doble, como el sistema de posicionamiento global (GPS), ha crecido dramáticamente en la última década. Los receptores GPS están ahora en casi todos los teléfonos celulares y en muchos automóviles, camiones, y cualquier equipo que se mueve y necesita mediciones de localización de precisión. Los sistemas GPS de doble frecuencia de alta precisión se utilizan para la agricultura, la construcción, la exploración, la topografía, la eliminación de la nieve y muchas otras aplicaciones críticas a una sociedad funcional.

Otros sistemas de navegación satelital en órbita incluyen el sistema Galileo europeo y el sistema GLONASS Ruso.

Hay varias maneras en que el Clima Espacial impacta la función GPS. Las señales de radio del GPS viajan del satélite al receptor en la Tierra, pasando a través de la ionosfera de la Tierra. El plasma cargado de la ionosfera dobla la trayectoria de la señal de radio del GPS similar a la manera que un lente dobla la trayectoria de la luz. En ausencia de Clima Espacial, los sistemas GPS compensan la Ionosfera "media" o "silenciosa", utilizando un modelo para calcular su efecto sobre la exactitud de la información de posicionamiento. Pero cuando la Ionosfera es perturbada por un evento Meteorológico Espacial, los modelos ya no son precisos y los receptores no pueden calcular una posición exacta basada en los satélites de arriba.

En condiciones de calma, los sistemas GPS de una sola frecuencia pueden proporcionar información de posición con una precisión de un metro o menos.

Durante una tormenta severa del Tiempo del Espacio, estos errores pueden aumentar a decenas de metros o más. Los sistemas GPS de doble frecuencia pueden proporcionar información de posición exacta a unos pocos centímetros. En este caso, las dos señales GPS diferentes se utilizan para caracterizar mejor la Ionosfera y eliminar su impacto en el cálculo de posición. Pero cuando la Ionosfera se vuelve muy perturbada, el receptor GPS no puede bloquear la señal de satélite y la información de posición se vuelve inexacta.

Las tormentas geomagnéticas crean grandes disturbios en la Ionosfera. Las corrientes y la energía introducidas por una tormenta geomagnética realzan la Ionosfera y aumentan el número total de la altura-integrado de electrones de la Ionosfera, o el recuento total del electrón (TEC). Los sistemas GPS no pueden modelar correctamente esta mejora dinámica y los errores se introducen en los cálculos de posición.

Esto ocurre generalmente en las latitudes altas, aunque las tormentas importantes pueden producir las mejoras grandes de TEC en las mediados de-latitudes también.

Cerca del Ecuador el Campo Magnético de la Tierra hay sistemas actuales y Campos Eléctricos que crean inestabilidades en la Ionosfera. Las inestabilidades son más graves justo después del atardecer.

Estas inestabilidades de menor escala (decenas de kilómetros), o burbujas, causan señales de GPS para "centellear", al igual que las ondas en la superficie de un cuerpo de agua interrumpen y dispersan el camino de la luz a medida que pasa a través de ellos. Cerca del Ecuador, los sistemas GPS de doble frecuencia pierden a menudo su bloqueo debido a la "Ionosfera scintallation". Los scintallations de la Ionosfera no están asociados con ningún tipo de Tormenta Espacial, sino que son simplemente parte del ciclo natural de la Ionosfera Ecuatorial.

Comunicaciones de radio de HF:

El clima espacial impacta la comunicación radial de varias maneras. En las frecuencias del rango de 1 a 30 Mega Hertz (conocida como "alta frecuencia" o radio HF), los cambios en la densidad y estructura de la Ionosfera modifican la trayectoria de transmisión e incluso bloquean completamente la transmisión de señales de radio HF. Estas frecuencias son utilizadas por operadores de radio amateur (HAM) y muchas industrias como las aerolíneas comerciales. También son utilizados por una serie de agencias gubernamentales como la Agencia Federal de Administración de Emergencias y el Departamento de Defensa.

Hay varios tipos de Clima Espacial que pueden impactar la comunicación de radio HF. En una secuencia típica de tormentas del tiempo del espacio, los primeros impactos se sienten durante la llamarada solar en sí misma.

Los Rayos X solares del Sol penetran al fondo de la Ionosfera (a unos 80 km). Allí los Fotones de los Rayos X ionizan la Atmósfera y crean un realce de la capa de D de la Ionosfera. Esta capa D mejorada actúa como un reflector de ondas de radio en algunas frecuencias y un absorbedor de ondas en otras frecuencias. El apagón de radio asociado a Llamaradas Solares ocurre en la región de día de la Tierra y es la más intensa cuando el sol está directamente arriba.

Otro tipo de Tiempo del Espacio, la tormenta de la radiación causada por protones solares enérgios, puede también interrumpir la comunicación de radio del HF. Los protones son guiados por el Campo Magnético de la Tierra tal que chocan con la Atmósfera Superior cerca de los postes del norte y del sur. Los protones de movimiento rápido tienen un efecto similar al de los fotones de rayos x y crean una capa D mejorada, lo que bloquea la comunicación de radio HF en las altas latitudes. Durante las exhibiciones de Auroras, los electrones que precipitan pueden realzar otras capas de la Ionosfera y tener efectos de interrupción y de bloqueo similares en la comunicación de radio. Esto ocurre sobre todo en el lado nocturno de las regiones polares de la Tierra donde la Aurora es más intensa y más frecuente.

Nota EQ: Ya escribiré que pasa con las Bandas y Frecuencias que utilizamos los Radio Aficionados en otra entrada y en particular.

Comunicaciones satelitales:

Satellite Communication Messages
La comunicación satelital se refiere a cualquier enlace de comunicación que implique el uso de un satélite artificial en su trayectoria de propagación. Las comunicaciones satelitales juegan un papel vital en la vida moderna. Hay más de 2000 satélites artificiales en uso. Pueden ser encontrados en órbitas geoestacionarias, Molniya, elípticas, y bajas de la Tierra y se utilizan para las comunicaciones punto a punto tradicionales, aplicaciones móviles, y la distribución de programas de la TV y de la radio.

Las comunicaciones por satélite tienden a usar señales de alta frecuencia: ultra alta frecuencia (UHF), 300 MHz-3 GHz y super alta frecuencia (SHF), 3-30 GHz. las señales de radio que se propagan hacia y desde un satélite en órbita se ven afectadas por las condiciones ambientales a lo largo del Ruta de propagación. En un vacío, las señales de radio se propagan a la velocidad de la luz, pero en presencia de Plasma en la Ionosfera, las señales se ven afectadas por retraso de grupo y avance de fase y atenuación por absorción y centelleo. El efecto del ambiente sobre la señal es dependiente de la frecuencia y a una primera aproximación es proporcional a la cantidad de estructura en el Plasma presente a lo largo de la Trayectoria de la Propagación.

Debido a la variabilidad de la Ionosfera (Clima Espacial), los efectos en las señales de propagación son muy variables. Hasta cierto nivel, los efectos del Clima Espacial en la propagación pueden ser mitigados a través de soluciones de diseño de ingeniería, pero el Clima Espacial puede llevar a una pérdida total de la comunicación debido a la atenuación y/o el centelleo severo cuando las señales de transmisión cruzan el Ionosfera.

En la propagación de la Ionosfera, el centelleo se refiere a la rápida variación de la amplitud y fase de una señal recibida. El centelleo es producido por la estructura en la Ionosfera. La severidad del centelleo depende de la frecuencia de la señal usada y de la Estructura Espacial de la Densidad del Plasma y de las Derivas del Plasma a lo largo de la Trayectoria de la Propagación. Específicamente, el centelleo en el receptor es producido por interferencia constructiva y destructiva de los componentes refractados y difractada de la señal de la difusión.

Bibliography
Basu et al., Specification of the occurrence of equatorial ionospheric scintillations during the main phase of large magnetic storms within solar cycle 23, RADIO SCIENCE, VOL. 45, RS5009, doi:10.1029/2009RS004343, 2010.
Bruce R. Elbert, Introduction to Satellite Communications, 3rd ed. (2008).
Virgil S. Labrador and Peter I. Galace, Heavens Fill with Commerce: A Brief History of the Communications Satellite Industry (2005).
Virgil S. Labrador et al., The Satellite Technology Guide for the 21st Century (2008).
Joseph N. Pelton, The Basics of Satellite Communications 2nd ed. (2006).
David J. Whalen, The Origins of Satellite Communications 1945–1965 (2002).

Crédito:
Space Weather Prediction Center
National Oceanic and Atmospheric Administration

Nota EQ: Todo está relacionado con todo por eso es que se repiten las figuras y comentarios.

Traducción: El Quelonio Volador



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