El Sol cabe en un superordenador

El tiempo en el Sol est¨¢ revuelto. Una serie de tormentas solares a principios de marzo enviaron a la Tierra en apenas tres d¨ªas energ¨ªa suficiente como para alimentar Nueva York durante dos a?os. Ahora, tras dos semanas rotando por la cara oculta del sol, la regi¨®n de la superficie solar de donde proced¨ªan las tormentas, llamada AR1429, vuelve a emerger, pero ya est¨¢ calmada: ¡°La mancha AR1429 es apenas una sombra de lo que era¡±, informa la web de clima espacial. Buenas noticias para los operadores de sat¨¦lite, que toman medidas para proteger los equipos cuando hay mal tiempo solar. Pero no pueden bajar la guardia, porque se sabe a¨²n demasiado poco del Sol como para predecir su comportamiento con antelaci¨®n. Elena Khomenko, investigadora del Instituto de Astrof¨ªsica de Canarias (IAC), se propone cambiar eso con una simulaci¨®n de la estrella que ocupar¨¢ varios millones de horas de c¨¢lculo por procesador en potentes superordenadores.

?No es solo que los expertos sean incapaces de predecir si habr¨¢ tormentas solares, un fen¨®meno que puede provocar da?os en los sat¨¦lites en ¨®rbita y cortes del suministro el¨¦ctrico. Los modelos ni siquiera pueden explicar a¨²n por qu¨¦ la actividad solar sigue un ciclo de unos 11 a?os, aunque hace siglo y medio que se sabe que en ese per¨ªodo la cantidad de energ¨ªa que emite el Sol disminuye hasta un m¨ªnimo y luego vuelve a aumentar. El Sol est¨¢ ahora en el ciclo 24 (hay datos desde 1755), que empez¨® en mayo de 2008 tras un m¨ªnimo inesperadamente largo. ¡°El ciclo actual deb¨ªa haber empezado mucho antes, ha habido que volver a ajustar los modelos. Ahora se prev¨¦ que se alcance el m¨¢ximo a principios de 2013 y sea el menos activo del ¨²ltimo siglo¡±, dice Manuel Collados, del grupo de solar del IAC.

Qui¨¦n sabe si no habr¨¢ que ajustar las predicciones de nuevo. Por ahora los modelos predictivos que funcionan mejor se basan en ciclos anteriores; pero no en un conocimiento profundo sobre el funcionamiento del Sol. Como dice Khomenko, ¡°no se sabe a¨²n por qu¨¦ la actividad del Sol sigue un ciclo de 11 a?os, y no de cinco o de 20¡±. Ella no aspira a dar una respuesta. Pero su trabajo servir¨¢ para modelizar mejor, y por tanto predecir, las manifestaciones externas de ese ciclo de actividad, como las tormentas solares.

Tormenta solar es un t¨¦rmino gen¨¦rico que engloba fen¨®menos de distinta clase, como las fulguraciones y las eyecciones de masa coronal. Las fulguraciones son explosiones que liberan miles de millones de megatones de energ¨ªa, y en las que el material de que est¨¢ hecho el Sol, gas muy caliente llamado plasma, se calienta millones de grados. En las eyecciones de masa coronal (EMC) salen despedidas enormes burbujas de part¨ªculas cargadas que pueden da?ar los sat¨¦lites y equipos electr¨®nicos si llegan a la Tierra. Las fulguraciones son hoy impredecibles; en el caso de las EMC, si est¨¢n orientadas a la Tierra se estima un tiempo de llegada de un par de d¨ªas. Ambos fen¨®menos se asocian a las manchas solares, regiones de la superficie del Sol donde se concentra el campo magn¨¦tico.

Pronosticar estos fen¨®menos es ¨²til para evitar da?os en sat¨¦lites

La relaci¨®n es: cuanta m¨¢s actividad solar, m¨¢s manchas y m¨¢s tormentas. Pero ?por qu¨¦? ¡°No entendemos c¨®mo se forman estas erupciones violentas en la superficie del Sol¡±, dice Khomenko. Su objetivo es describir la relaci¨®n entre el campo magn¨¦tico del Sol y el plasma.

Su proyecto es lo bastante novedoso como para haber recibido financiaci¨®n del Consejo Europeo de Investigaci¨®n (ERC) durante cinco a?os. Se concentra en modelizar la cromosfera, la capa exterior del Sol, donde se observan los cambios m¨¢s espectaculares en la actividad. La apariencia de la cromosfera puede cambiar en minutos durante las fulguraciones.

La simulaci¨®n de su actividad ocupar¨¢ millones de hojas de c¨¢lculo

Los f¨ªsicos solares como Khomenko recurren a las simulaciones porque ¡°en el Sol no se pueden hacer experimentos; lo que hacemos es desarrollar ecuaciones muy complejas que tratan de describir la f¨ªsica¡±. Una buena simulaci¨®n debe describir bien la realidad conocida ¡ªlas observaciones disponibles¡ª; solo as¨ª pueden resultar fiables sus predicciones cuando deja de haber datos. Hoy, adem¨¢s de los telescopios solares en los observatorios basados en Tierra, como el del IAC en El Teide (Tenerife), hay cinco sat¨¦lites que observan directamente el Sol ¡ªde las agencias espaciales europeas (ESA), estadounidense (NASA) y japonesa¡ª, m¨¢s otros con instrumentos que dan informaci¨®n complementaria. El resultado es que hay observaciones cada vez m¨¢s precisas, que detectan cambios r¨¢pidos y ven m¨¢s detalles en la superficie del Sol. Y las simulaciones actuales se han quedado viejas: no describen esos cambios.

Para mejorarlas, explica Khomenko, hacen falta mejores ecuaciones. Una de sus aportaciones es introducir en los c¨¢lculos la frialdad del Sol. El plasma est¨¢ hecho de ¨¢tomos tan calientes que est¨¢n ionizados ¡ªtienen carga el¨¦ctrica en vez de ser neutros, como los ¨¢tomos de gases a temperatura ambiente¡ª; pero el Sol es una estrella relativamente fr¨ªa, y el resultado es que su plasma est¨¢ muy poco ionizado: ¡°En las partes mas fr¨ªas de la atm¨®sfera solar solo una de cada 10.000 part¨ªculas est¨¢ cargada¡±, explica Khomenko. ¡°Los modelos actuales no tienen en cuenta esta caracter¨ªstica porque las ecuaciones eran ya muy complejas sin ella, no hab¨ªa recursos para resolverlas. Nosotros lo tendremos en cuenta¡±.

Para comprobar si su modelo se ajusta a las observaciones lo har¨¢n correr en dos grandes superordenadores, el MareNostrum y el LaPalma, de la Red Espa?ola de Supercomputaci¨®n (RES). Ocupar¨¢n varios millones de horas de procesador de tiempo de c¨¢lculo, ejecutadas en paralelo. ¡°Para comparar, 100.000 horas de procesador corresponden a un ciclo solar completo, de 11 a?os. Que sepamos, es la primera vez que se hace algo as¨ª¡±, dice Khomenko.

Si el modelo funciona se podr¨¢ predecir mejor el tiempo solar. ¡°Ahora a¨²n no podemos hablar de predicci¨®n. Solo podemos saber que una tormenta que emite part¨ªculas cargadas va a afectar a la Tierra si vemos cu¨¢ndo se produce; entonces tenemos un par de d¨ªas de margen para tomar precauciones¡±, dice Collados. Lo ideal ser¨ªa ver una mancha como AR1429 y saber de antemano si generar¨¢ tormentas.