Tormentas solares se predicen en minutos gracias a la inteligencia artificial

 Un destello en el Sol puede parecer lejano e inofensivo, pero en realidad tiene el poder de dejarnos sin internet, sin luz y hasta sin GPS en un instante. Se trata de las tormentas solares, explosiones de energía que viajan por el espacio, y que al llegar a la Tierra afectan satélites, redes eléctricas y sistemas de comunicación. Un algoritmo de inteligencia artificial (IA) ahora las identifica en minutos, superando las limitaciones de otros métodos matemáticos que podían tardar años en entregar resultados.

Aunque suene a ciencia ficción, ya han ocurrido desastres de esta magnitud: en 1989, una tormenta solar dejó sin electricidad a millones de personas en Quebec (Canadá) durante 9 horas. Y en 2022, 40 satélites de Starlink se precipitaron al vacío porque la atmósfera se volvió más densa tras una llamarada solar.

Hoy dependemos mucho más de la tecnología que entonces: desde los cajeros automáticos hasta los vuelos comerciales o el celular en el bolsillo. Por eso, entender al Sol es una necesidad urgente. Esto lo sabe muy bien Juan Esteban Agudelo Ortiz, magíster en Astronomía de la Universidad Nacional (UNAL), quien con el profesor Santiago Vargas, del Observatorio Astronómico Nacional, se adentró en las capas profundas del problema.

Para descifrar qué ocurre en la atmósfera del Sol, los astrónomos usan los parámetros de Stokes. Dicho de manera sencilla, la luz solar llega a la Tierra como un mensaje en clave, y con estos no solo se mide la energía, sino que además se puede saber cómo están la temperatura, los movimientos y los campos magnéticos en la superficie solar.

El problema es que tradicionalmente traducir ese lenguaje ha sido un proceso muy lento. Los métodos matemáticos convencionales requieren repetir cálculos millones de veces hasta encontrar una solución. Aunque funcionan, pueden tardar horas, días e incluso años con grandes volúmenes de datos. En la práctica, para cuando el resultado está listo, la tormenta ya pasó.

La inteligencia artificial entra en escena

Aquí es donde aparece la propuesta del magíster Agudelo: usar redes neuronales profundas, un tipo de IA capaz de reconocer patrones complejos en minutos. Para entrenarlas, primero se generaron simulaciones realistas del Sol con supercomputadores del Instituto Max Planck, creando miles de ejemplos de cómo deberían verse los parámetros de Stokes en distintas condiciones. Con este entrenamiento, las redes aprendieron a identificar la firma magnética de las tormentas solares.

El modelo no solo incluyó datos perfectos de simulación, sino también la distorsión de telescopios reales, como el Hinode/SOT-SP, un satélite japonés que observa el Sol desde 2010. Así, el algoritmo aprendió a lidiar con el ruido y las imperfecciones del mundo real.

En la investigación se realizaron 6 experimentos distintos, probando desde arquitecturas clásicas hasta un modelo avanzado llamado red convolucional multiescala, capaz de detectar detalles a  diferentes niveles. Además se incorporó un principio de la física solar —la “aproximación de campo débil”— directamente en la función de aprendizaje. En otras palabras, no era solo un algoritmo estadístico: llevaba incrustada parte de la física del Sol.

Resultados en tiempo récord

Los hallazgos fueron contundentes: lo que antes tardaba horas en supercomputadores, ahora se logra en cuestión de minutos o menos. La IA reprodujo con gran precisión los resultados de los métodos tradicionales, pero con una ventaja enorme, la rapidez.

Además, cuando las “reglas físicas” se le añadieron al entrenamiento, la red neuronal no solo fue más rápida, sino también más confiable, recuperando mejor los campos magnéticos que son fundamentales para anticipar tormentas solares.

“Esto significa que, en el futuro, los observatorios solares podrán generar alertas tempranas sobre actividad peligrosa, dándole a la humanidad una oportunidad de proteger sus satélites, redes eléctricas y sistemas de comunicación. De la dinámica del Sol depende todo el sistema solar, por eso lo que pasa allí nos afecta en la Tierra”, indica el magíster en Astronomía de la UNAL.

Aunque este trabajo se desarrolla en el ámbito de la astrofísica, sus beneficios se reflejan en la vida cotidiana. Si una tormenta solar fuerte golpea la Tierra sin previo aviso, podríamos enfrentar apagones globales, interrupciones en vuelos y comunicaciones, y la caída de redes como el internet. Con herramientas como esta IA, esos riesgos se pueden anticipar y mitigar.

Además, la combinación de IA con física abre nuevas fronteras: las mismas técnicas se podrían usar para entender el clima de la Tierra, la dinámica de los mercados o analizar datos complejos en distintas áreas de conocimiento.

El Sol seguirá lanzando tormentas, como lo ha hecho durante miles de millones de años. La diferencia es que hoy la humanidad depende de tecnologías vulnerables a esos estallidos. Esta investigación demuestra que la ciencia, apoyada en la IA, puede darnos la ventaja que necesitamos: tiempo para reaccionar. En palabras simples, se trata de evitar que un destello en el cielo tenga el poder de desconectarnos del mundo.

Sistema eléctrico y comunicaciones, principales afectados por tormentas solares en la Tierra

El Sol está entrando en un ciclo de actividad máxima, lo cual significa que cada vez serán más frecuentes las manchas solares y las erupciones, como la llamarada “caníbal”, emitida el pasado 30 de marzo y que llegó hace pocos días a la Tierra en forma de tormenta geomagnética o solar, generando impactos leves y moderados.

El Centro de Predicción del Clima Espacial (SWPC) de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) reportó que cuando la llamarada se estrelló contra el campo magnético de la Tierra en la noche del 31 de marzo, el resultado fue una potente tormenta geomagnética G3 –clasificada como tormentas geomagnéticas fuertes–. Aunque su impacto esta vez fue inofensivo, siguen teniendo el potencial de causar estragos.

El astrofísico Camilo Buitrago Casas, magíster en Astronomía de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), estudiante investigador de la Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de Berkeley (California), explica que una tormenta geomagnética o solar se define como una perturbación intensa del entorno magnético de la Tierra, que puede durar desde horas hasta días.

“Estas se producen por una ruptura del equilibrio magnético de ese entorno terrestre; cuando las alteraciones son intensas generan anomalías en el sistema eléctrico y daños en los cables de fibra óptica que brindan internet en gran parte del mundo”.

El experto asegura que “la Tierra como planeta, y el Sol como su estrella más cercana, tienen un campo magnético asociado. Cuando por alguna razón ese equilibrio magnético se rompe abruptamente en las cercanías de la Tierra, es cuando decimos que se produce una tormenta geomagnética”.

Señala además que “dichas tormentas afectan las comunicaciones de nuestro planeta, ya que alteran los sistemas eléctricos, pues cuando hay cambios en el campo magnético y hay partículas cargadas, estas tratan de irse por el camino de menor resistencia. La humanidad tiene redes eléctricas larguísimas y luego las partículas cargadas tratarán de irse por allí, generando corrientes parásitas que pueden tener efectos en las redes a gran escala”.

No son un asunto menor

Este fenómeno tiene efectos en las comunicaciones, especialmente en las frecuencias HF a 30 megaHertz, en los sistemas de navegación y también pueden dañar componentes electrónicos de los satélites en órbita alrededor de la Tierra.

Los efectos para los humanos pueden ser letales. “Los astronautas que están fuera de la Tierra se pueden ver sometidos a grandes dosis de radiación, y si esto no se prevé con antelación, esas dosis podrían ser letales”.

Las tormentas también tienen efectos en los aviones, pues cuando hay una tormenta el flujo de protones puede generar mayores dosis de radiación sobre la tripulación, por lo cual durante un episodio es bueno que estos disminuyan su altura o desvíen la ruta.

Estos fenómenos causan más auroras boreales e interferencias en las radiocomunicaciones. También provocan problemas en las redes eléctricas y desestabilización de órbitas de los satélites.

Las gigantescas explosiones de energía se dan dentro de las estructuras del campo magnético del Sol que, cuando suceden en zonas que tienen manchas, hay más erupciones y la masa explosiva es mayor.

“Algunas veces el Sol presenta alteraciones abruptas muy localizadas, las cuales involucran tanto el material del que está compuesto, como el campo magnético en el que se encuentra. Algunas de estas son las explosiones tipo llamarada, erupciones y fulguraciones solares, entre otras”, explica el experto.

Agrega que “si esas alteraciones inciden sobre nuestro vecindario terrestre, es cuando decimos que pueden generar cambios abruptos que llegan aquí a la Tierra y reconfiguran su campo magnético. Dicho campo está cambiando en el tiempo, y cuando esto sucede genera un campo eléctrico. Así, si se tienen partículas cargadas dentro de un campo eléctrico, se generan altas corrientes, las cuales son un tipo de efectos que se pueden ver como respuesta del Sol produciendo una tormenta geomagnética”.

¿Cómo se monitorean las tormentas solares?

Cuando la NOAA detecta actividad solar que pueda afectar a la Tierra, emite una alerta o advertencia.

La forma de medición estándar que maneja la ciencia es el índice DST (Disturbance Strong Time), es decir el tiempo de la tormenta perturbadora, que es la medida de los cambios del campo magnético: “si dichos cambios son mayores a 50 nanoteslas, hay una tormenta geomagnética en curso”, señala el astrofísico Buitrago.

Asegura además que, para evitar que estas afectaciones ocurran, los Estados invierten mucho dinero para poder entender el clima espacial y monitorear el Sol, “las compañías eléctricas y de comunicaciones satelitales están en constante comunicación con científicos para que, si ocurre una tormenta, los equipos se puedan apagar a tiempo y evitar daños grandes”.