Umeå, Suecia, el pasado 29 de septiembre (foto tomada por mi)

Dedicado a mi amor, Matthieu, y a mi cazadora de auroras favorita, Antonia.

No me queda más remedio de tacharme de la persona más afortunada de la tierra, por mil razones, pero el pasado lunes entró en la lista el haber sido testigo de uno de los fenómenos electromagnéticos más alucinantes que se pueden ver en nuestro planeta: las auroras boreales.

Las auroras boreales (y las auroras en general)

Las auroras boreales (en el hemisferio norte) y las auroras australes (en el hemisferio sur) son fenómenos luminosos que dan lugar en la atmósfera superior (ionosfera) cuando las partículas cargadas (electrones e iones) originadas por el Sol (viento solar) interactúan con el campo magnético terrestre y con los gases del aire (principalmente oxígeno y nitrógeno).

El proceso:

El sol lanza partículas cargadas hacia el espacio, como en el viento solar, eyecciones de masa coronal o agujeros coronales. Algunas de esas partículas viajan hacia la Tierra y llegan a nuestro entorno magnetosférico (como se ve en la imagen).

El campo magnético terrestre desvía muchísimas de esas partículas, sin embargo algunas quedan atrapadas y viajan por las líneas del campo magnético hacia las regiones polares, regiones magnéticamente conectadas.

A la hora de penetrar la ionosfera, las partículas colisionan con moléculas y los átomos de oxígeno y nitrógeno. Las colisiones excitan los átomos, que liberan fotones cuando vuelven a niveles de energía más bajos, generando luz visible.

La forma y el color depende de la energía de las partículas, altitud, tipo de gas, las densidades locales, etc.

Del mismo modo que la Luna, a través de su gravedad, levanta las mareas y moldea el pulso del océano, el Sol agita un mar distinto: un océano de partículas y campos magnéticos que envuelve a nuestro planeta. Cuando ese oleaje solar alcanza la Tierra, no mueve el agua, sino la atmósfera superior, encendiendo el cielo en las auroras boreales.

Las auroras son más frecuentes y visibles cerca de los polos porque allí las líneas de campo magnético convergen y permiten que partículas penetren más fácilmente en la atmósfera.

Estas “rosquillas” de partículas cargadas atrapadas por el campo magnético rodean la Tierra y actúan como un escudo frente al viento solar. Cuando parte de esa energía logra canalizarse hacia los polos, se manifiesta en forma de auroras boreales y australes.

Pensar que cuanto más frío haga, mayores son las las probabilidades de ver auroras es un error común. La temperatura del aire no influye en absoluto en su aparición: las auroras no dependen del clima terrestre, sino de la actividad solar y del comportamiento del campo magnético que rodea nuestro planeta como acabo de explicar exhaustivamente. Tampoco es cierto que solo se manifiesten en pleno invierno (en verano la luz solar las oculta, pero no desaparecen) o que sea un privilegio exclusivo del norte (o del sur-bien-al-sur) durante las tormentas solares más intensas, el óvalo auroral puede expandirse y dejar su rastro luminoso incluso en latitudes medias, el 18 de enero de 1770, una aurora fue observada en varios puntos de España, desde Gerri de la Sal (≈ 42.3° N) hasta San Cristóbal de la Laguna, en Canarias (≈ 28.5° N).

Comprender cuándo y dónde aparecerán no tiene que ver con termómetros ni estaciones, sino con aprender a leer el lenguaje del viento solar y de la magnetosfera: justo lo que intentan los métodos científicos de predicción auroral.

Limitaciones y avances en la predicción de visibilidad de las auroras boreales

Predecir auroras es complejo porque involucra procesos solares, interplanetarios y magnetosféricos que evolucionan en múltiples escalas de tiempo. Sin embargo, los científicos usan una combinación de métodos que se pueden clasificar según el horizonte temporal (años, días, horas, minutos).

Los modelos empíricos y estadísticos: el modelo OVATION

Uno de los enfoques más utilizados en la predicción operativa es el de los modelos empíricos, construidos a partir de observaciones y correlaciones entre parámetros solares y la ocurrencia real de auroras.
El modelo OVATION (Oval Variation, Assessment, Tracking, Intensity, and Online Nowcasting) desarrollado por el Space Weather Prediction Center es un modelo que utiliza variables medidas en tiempo real (como la velocidad del viento solar, la densidad de partículas y el campo magnético interplanetario para estimar la probabilidad y la localización del «óvalo auroral». La fortaleza de este modelo está en la inmediatez: pronósticos de entre 30 y 90 minutos con relativa precisión. Sin embargo, como todo modelo estadístico, depende de la calidad de los datos y tiende a fallar bajo condiciones extremas o imprevistas del clima espacial.

Modelos físicos o de acoplamiento global

Los modelos empíricos se basan en correlaciones, los modelos físicos intentan reproducir los procesos reales del sistema Sol-Tierra. Estos modelos integran complejísimas ecuaciones de magnetohidrodinámica (MHD) para describir cómo el plasma solar interactúa con el campo magnético terrestre y cómo esa energía se transmite hacia la ionosfera.
En los llamados «modelos de acoplamiento global», la magnetosfera y la ionosfera se tratan como un sistema interdependiente (dependen mutuamente unos de otros y, al fallar uno, los demás también se ven afectados), donde las corrientes eléctricas, los campos y la dinámica del plasma evolucionan de forma conjunta.
Como ventaja frente a otros modelos, este permite explorar las causas físicas de las auroras, no solo precedirlas.
Sin embargo, como he mencionado antes sobre las ecuaciones de magnetohidrodinámica, se requiere de una gran capacidad de cálculo, y estos modelos presentan aún incertidumbres debidas a la complejidad del plasma espacial y a la falta de datos continuos en ciertas regiones de la magnetosfera.

La asimilación de datos y mejora con observaciones satelitales.

La prácticamente línea más prometedora de la predicción moderna es la asimilación de datos, una línea que combina modelos teóricos con observaciones reales para ajustar y mejorar los pronósticos en tiempo casi real. Al incorporar mediciones directas del viento solar, de la radiación o de la luminancia auroral —proporcionadas por satélites como DSCOVR, ACE o los sensores VIIRS del programa Suomi NPP—, los modelos pueden corregir sus estimaciones y ofrecer predicciones más precisas de la ubicación y la intensidad de las auroras visibles.
Este enfoque híbrido, muy similar al que se usa en la meteorología terrestre, representa un paso decisivo hacia una predicción operacional más fiable. Aun así, sigue limitado por la latencia de los datos y por la dificultad de observar de forma continua todo el entorno espacial que rodea a la Tierra.

El futuro de la predicción de auroras parece tan brillante como las propias luces que busca anticipar. Cada nuevo satélite, cada mejora en los modelos del clima espacial y cada avance en la inteligencia artificial nos acercan un poco más a comprender el lenguaje invisible entre el Sol y la Tierra. Pero, por ahora, aún hay algo de azar en cada aparición: una conversación entre ciencia y fortuna. Quizá por eso, haber visto una aurora durante mis tres breves noches en Umeå fue un regalo improbable, una coincidencia perfecta entre la física y la suerte, entre el cálculo y la magia. Y mientras la ciencia sigue afinando sus pronósticos, seguirá existiendo ese momento irrepetible en que el cielo decide encenderse justo cuando estamos mirando.