La ingeniería detrás del eclipse

El próximo 12 de agosto, el cielo ofrecerá uno de los fenómenos astronómicos más espectaculares: un eclipse solar total visible desde distintos puntos de España. Durante unos minutos, la Luna ocultará por completo el Sol y proyectará su sombra sobre una estrecha franja de la Tierra.

El acontecimiento plantea cuestiones relacionadas con la seguridad, el sistema energético o las matemáticas que hacen posible predecir este tipo de movimientos planetarios.

Los investigadores de Tecnun, Escuela de Ingeniería de la Universidad de Navarra, Xabier Insausti y Tomás Gómez-Acebo, y la investigadora de Ceit y profesora de Tecnun Ainara Rodríguez, analizan la ingeniería que hay detrás del eclipse.

Observar el eclipse con seguridad

Aunque pueda parecer inofensivo, mirar directamente al Sol durante un eclipse puede provocar lesiones graves e incluso irreversibles en la retina. Ainara Rodríguez, investigadora del grupo de Fabricación Láser de Precisión de Ceit y profesora de Tecnun, cuenta que la exposición directa puede causar una retinopatía solar, una lesión producida por la concentración de la luz sobre la retina. “Nuestros ojos funcionan como una lupa, concentrando la luz en un punto muy pequeño de la retina. Esa energía destruye los tejidos mediante dos mecanismos simultáneos: el daño fotoquímico, provocado por la radiación ultravioleta (UV), y el daño fototérmico, originado por la radiación infrarroja (IR), que quema las proteínas de las células de la retina”, explica.

La investigadora advierte de que la retina carece de receptores del dolor, por lo que la lesión pasa desapercibida mientras se produce. Los síntomas, como visión borrosa, distorsión de los colores, aparición de manchas oscuras o puntos ciegos, suelen aparecer entre cuatro y doce horas después de la exposición. “En los casos leves la lesión puede ser reversible, pero cuando la exposición ha sido prolongada el daño puede ser permanente. La única manera de prevenirlo es utilizando gafas homologadas para eclipses”, señala.

Rodríguez subraya que las gafas de sol convencionales no ofrecen la protección necesaria. Aunque bloquean prácticamente toda la radiación ultravioleta y reducen parte de la luz visible, no filtran la radiación infrarroja. “A medida que el eclipse avanza, la luz visible disminuye y la pupila se dilata para seguir viendo. Esto hace que llegue una mayor cantidad de radiación infrarroja a la retina, lo que puede generar daños severos”, explica. Por ello, las gafas específicas para eclipses se consideran equipos de protección individual (EPI) y deben cumplir la norma ISO 12312-2. “A diferencia de unas gafas de sol normales, bloquean el 100 % de la radiación ultravioleta, más del 97 % de la radiación infrarroja y más del 99,99 % de la luz visible”, afirma.

La investigadora también recomienda extremar las precauciones al utilizar cámaras, prismáticos o telescopios. Mientras que en los teléfonos móviles el principal riesgo es que la concentración de la luz dañe el sensor de la cámara, en el caso de los prismáticos o telescopios el peligro se traslada directamente al ojo, ya que estos instrumentos concentran aún más la luz sobre la retina. “La solución pasa siempre por colocar un filtro homologado delante de la cámara o de las lentes de los prismáticos o telescopios, nunca detrás ni en los oculares”, concluye.

Matemáticas para conocer el recorrido de la sombra de un eclipse

¿Cómo es posible conocer con años de antelación el recorrido exacto de la sombra de un eclipse? La respuesta está en los modelos matemáticos que describen el movimiento de los cuerpos celestes.

Xabier Insausti, investigador del grupo de Principios Matemáticos de Tecnun, explica que la base de estas predicciones son las leyes de la mecánica celeste, apoyadas en la geometría analítica, la geometría vectorial y la trigonometría. “A estos modelos teóricos se incorporan las efemérides astronómicas (las posiciones calculadas del Sol, la Luna y la Tierra) y diversos métodos de matemática computacional que permiten ajustar los cálculos a la realidad”, apunta el experto.

Según explica Insausti, existe un proceso para saber dónde y cuándo se podrá ver un eclipse. “El cálculo consiste en seguir, segundo a segundo, la sombra que proyecta la Luna en el espacio hasta determinar el punto exacto donde corta la superficie terrestre”. Primero se determina con enorme precisión dónde estarán el Sol, la Luna y la Tierra en cada instante mediante efemérides astronómicas. Después, se modela la sombra lunar como un cono que sale de la Luna y se calcula dónde corta la superficie terrestre. Finalmente, con métodos numéricos, se va ajustando, instante a instante, la intersección de esa sombra con la superficie terrestre. “

La Tierra no está quieta ni es una esfera perfecta: gira, está ligeramente achatada por los polos y, además, su rotación tiene pequeñas irregularidades. Por eso, los cálculos incorporan modelos de la forma real de la Tierra, de su rotación y de la posición exacta de la Luna”, aclara el investigador y profesor de la Escuela de Ingeniería.

Insausti añade que estos modelos deben corregirse continuamente mediante distintas técnicas, ya que simplifican la realidad. “En física aplicada nunca existe una predicción completamente perfecta, porque siempre trabajamos con modelos aproximados. Lo que sí podemos hacer es estimar el margen de incertidumbre y reducirlo hasta que sea prácticamente irrelevante para este tipo de aplicaciones”, señala el investigador de la Escuela.

Cuando el Sol desaparece, también baja la producción de energía

El eclipse también tiene consecuencias en la generación de electricidad, ya que provoca una caída brusca y temporal en la producción de energía fotovoltaica al bloquear la luz del Sol. Así lo explica el catedrático de Termodinámica del departamento de Ingeniería Mecánica y Materiales de Tecnun, Tomás Gómez-Acebo: “A medida que el cielo se oscurece, la producción de los parques solares desciende rápidamente para luego repuntar con la misma velocidad una vez que el Sol vuelve a aparecer”.

En el caso del 12 de agosto, el eclipse comenzará en la península ibérica en torno a las 19:30h y su fase de totalidad (oscuridad del 100 %) ocurrirá entre las 20:26 y las 20:33h, en función de la zona geográfica. A esa hora de un día de agosto, tal y como apunta el experto, el Sol ya estará muy bajo sobre el horizonte, a unos siete grados. “En esos momentos, la producción fotovoltaica nacional ya se encuentra en pleno descenso natural por la puesta de sol, lo que evita el escenario crítico de un parón solar a mitad del día”. Asimismo, explica que la “desaparición del sol” tiene unos efectos en la red eléctrica, ya que exige al operador de la red, como Red Eléctrica en España, compensar el déficit causado por el “descenso inusitado de la energía solar”. 

Por ello, con el objetivo de garantizar el suministro, se aumenta al instante la generación mediante otras fuentes de respaldo, como centrales hidroeléctricas, de gas natural o de ciclo combinado. En este sentido, el investigador de Tecnun explica que los operadores del sistema eléctrico evitan cortes de suministro gracias a la planificación anticipada. En primer lugar, “usan algoritmos predictivos, es decir, modelos meteorológicos y astronómicos para calcular exactamente cuántos megavatios (MW) dejarán de producirse”. Después, “se acude a reservas de energía: se preparan y encienden plantas de respaldo antes de que comience el eclipse para cubrir la bajada de tensión sin comprometer la red”.