jueves, junio 24, 2010

El Sol y la CFE (2 de 2)

La bosta previa nos quedamos en que íbamos a abordar las Emisiones de Masa Coronarias del Sol o CME.

Bien, ya sabemos algo de lo que pasa cuando una llamarada solar surge. La erupción de materia y energía sale expulsada al espacio, pero también cae una buena parte al suelo. A la superficie solar.

Eso genera una onda sísmica decenas de miles de veces más intensa que el peor de los terremotos en nuestro planeta. Las líneas de fuerza de los campos magnéticos que están en la onda sísmica reciben una enorme cantidad de energía, a veces, la suficiente para que se interrumpan y reconecten, en una región creciente de la superficie solar.

Cuando esto ocurre, la materia que estaba contenida por los campos magnéticos está súbitamente libre de expandirse. En vez de salir expulsada en una sola llamarada, toda esa materia hace erupción en una CME (no obstante, no es necesaria, una llamarada previa para que haya una CME, la tensión entre las líneas de fuerza de varios campos magnéticos en una región muy grande puede crecer al punto de ruptura y generar una CME, o varias).

Y a diferencia de una llamarada que sólo afecta un área pequeña del Sol, una CME involucra un área gigantesca. Si las llamaradas son como tornados, las CME serían como huracanes.

Tenemos entonces que el Sol envía de sopetón al espacio unos centenares de miles de millones de toneladas de materia a millones de kilometros por hora, acelerando las partículas que se encuentra en su camino (que son parte del viento solar). A veces esa erupción no le atina a la Tierra, pero otras veces, como tsunami, puede ir derechito a ella.

Bien, como el Sol, la Tierra también tiene un campo magnético (quizá producto del metal y piedras derretidos circulando en su interior). Además de servirnos para encontrar el norte con una brújula, el campo magnético terrestre nos protege de algunos de los efectos más severos de los escupitajos que nos avienta el Sol y mantiene la atmósfera en su sitio impidiendo que el constante viento solar la erosione, dejándonos tan estériles como Marte.

Así que la magnetósfera terrestre nos protege. Casi siempre.

Cuando una CME alcanza la Tierra, interactúa con su campo magnético puede llegar a modificar sus líneas de fuerza. Cuando éstas se reconectan liberan mucha energía. Partículas subatómicas aceleradas por la magnetósfera terrestre entran a la atmósfera, ionizando las moléculas del aire, quitándole electrones a los átomos. Cuando estos electrones se recombinan con óxigeno y nitrógeno emiten luz roja y verde. Dependiendo del hemisferio donde nos hallemos, esas luces serían una aurora boreal o una aurora austral.

Por ejemplo, la llamarada solar de 1859 dió origen a un CME masivo que causó auroras que se veían en Puerto Rico.

Bueno, las CMEs no nada más sirven para dar un espectáculo de luces, también alteran significativamente la magnetósfera terrestre. Recuerden otra vez sus clases de física de la secundaria. ¿Qué ocurre cuando un campo magnético cambia de intensidad rápidamente? Exacto. Se genera una corriente eléctrica.

Y cualquier conductor cercano que no esté blindado va a tener un aumento súbito de corriente eléctrica. Como las líneas de transmisión eléctrica, por ejemplo.

Ahora regresemos a la anécdota que contaba del cable fundido. El calor que la fundió se debió a una sobrecarga. Demasiados electrones fluyendo por un conductor que no está diseñado para una carga tan grande. Resultado: el cable se sobrecalienta, se funde y deja de conducir electricidad.

Pues bien, tenemos por un lado una demanda de electricidad industrial y doméstica creciente y por otro corrientes eléctricas debidas a la ionización de la atmósfera y a la magnetósfera terrestre cambiante.

¿Qué creen que va a pasar entonces en una red de transmisión eléctrica frágil y a punto de alcanzar su máxima capacidad?

Sí. Sobrecarga, que además de fundir cables podría desbaratar transformadores (aparatos muy costosos que convierten las corrientes de alto voltaje en bajo para que puedas usarlas en tu casa).

Ahora bien no es para que se tiren por un barranco de la desesperación. La humanidad ya ha pasado antes por esto.

El 6 de marzo de 1989, la Región Activa 5395, un grupo de manchas solares cuyo tamaño era del diámetro de la Tierra, produjeron 200 llamaradas solares. Poco después se detectaron 36, si leyeron bien, 36 CMEs eruptando del Sol.

Algunos efectos: un fabricante de microchips paró operaciones temporalmente. Las brújulas apuntaban el norte para otro lado, algunos satélites perdieron altitud y algunos quedaron fritos.

Hubo sin embargo otros efectos más desastrosos. El 13 de marzo, una vasta corriente inducida geomagnéticamente provocó fluctuaciones de voltaje (una pesadilla para cualquier ingeniero eléctrico) que causaron problemas en todo el planeta.

Por ejemplo, en Nueva Jersey la corriente inducida voló un transformador de una planta generadora. Costó millones de dólares repararlo y 6 semanas.

En Quebec, la corriente apagó una planta generadora. La súbita pérdida de potencia colapsó la red eléctrica. Todavía en invierno, 6 millones de canadienses se quedaron sin electricidad. Tomó varios días poner en funcionamiento la red eléctrica.

Hay formas de mitigar estos efectos. Algunos se mencionan en la nota del periódico de la bosta previa y consisten en robustecer las redes de distribución y transmisión eléctrica y contar con alarmas tempranas (las CMEs viajan rápido pero no a la velocidad de la luz) que nos permitieran implementar apagones controlados que mantengan a plantas generadoras, conductores y transformadores a salvo.

Y lo más importante, seguir estudiando al Sol y el clima espacial pues aún ignoramos muchas cosas que podrían servirnos para mitigar sus peores efectos.

Ahora bien ¿qué tiene que ver la Comisión Federal de Electricidad en todo esto?

La torpeza que tiene esa empresa "de clase mundial" para encontrar un cable fundido en una sola colonia, como conté, podría no ser la norma con la que arregla las broncas que se le presentan, pero si lo es, ya me imagino el desmadre que se va armar si el Sol nos avienta CMEs que tumben una parte significativa de la red eléctrica nacional.

Por lo mientras sugiero que tengan velas a la mano y varios libros.

Fuente:
Todo el rollo del Sol provino de Death From the Skies de Phil Plait.

martes, junio 22, 2010

El Sol y la CFE (1 de 2)

Hace unas semanas estaba en casa de mis papás en Cuernavaca, el cielo estaba nublado y en el horizonte había nubes grises de tormenta que oscurecían la tarde. Entonces, antes de la lluvia, la casa de mis papás (junto a las de buena parte de los vecinos de la colonia) y la electricidad suministrada por la CFE se dijeron adios durante las siguientes 24 horas.

La razón se debió a que un cable en un poste cercano se sobrecalentó al punto de la incandescencia, el trenzado se rompió y dejó de servir como conductor. De eso se dio cuenta mi papá al que nomás le bastó caminar media cuadra para encontrar el cable incandescente y ver el daño.

Supongo que esa noche y al otro día decenas de llamadas inundaban el moderno e inútil callcenter de la CFE - Cuernavaca. A media mañana, una cuadrilla de la CFE, esa empresa de clase mundial, daba vueltas como perdida y no encontraban la falla. Papá tuvo que llevarlos de la mano para que vieran qué debían reparar y más tarde habló con un cacagrande de la CFE en Cuernavaca para aconsejarle que hicieran un estudio de cargas para determinar si el transformador que estaba colgado en el poste contiguo al de la falla ocasionó la sobrecarga que calentó el cable hasta inutilizarlo. ¿Qué como sabía que quizá el transformador estaba sobrecargado? Sólo había que contar el número de casas que se supone alimentaba.

Unas horas después empleados de la CFE reemplazaron el cable dañado y reestablecieron el flujo de electricidad.

Una molestia menor producto de un cable fundido, muchas casas, un transformador que fue puesto cuando no había tanta gente encendiedo sus licuadoras al mismo tiempo y la ineptitud de la CFE para arreglar rápido las cosas.

Imaginen esa molestia, ya no menor, sino ocurriendo en todo el país, o en una ciudad grande como Monterrey, Guadalajara o la cd de México; y no nada más en un poste, sino en una parte significativa de la red eléctrica.

Imaginen quedarse sin electricidad no nada más 24 horas, sino 24 semanas.

Si dijeron "bah, eso no importa" es porque nunca se han detenido a contar la cantidad de cosas que hacen con un aparato enchufado a la pared. Cosas que van desde recargar celulares, postear burradas en twitter o facebook o leer este blog pitero, hasta mantener comida en el refrigerador, gente viva en los hospitales y pedirle a su banco que les de su dinero.

¿Ya imaginaron la debacle? Bueno eso puede pasar, gracias al Sol.

En semanas recientes, algunos periódicos que tienen secciones de ciencia a cargo de gente que no la entiende mucho han estado repitiendo como perícos titulares como el siguiente:

click en la imagen para ver la nota

Entre los comentarios de los lectores uno puede leer a gente espantada por cosas como que la Tierra se rostice o que este sea el preámbulo a las festividades del fin del mundo. Ambas apreciaciones son erróneas y muy exageradas. Y lo peor es que no abordan los detalles. Y los detalles amigos es lo que vuelve genial un desastre cósmico.

Veamos entonces los intríngulis de una tormenta solar.

Se tiende a pensar en el Sol como una caldera gigantesca pero estable que nos da luz y calor. Eso de la estabilidad es un error. Salgan un rato al exterior (anónimos: verifiquen antes que sea de día) y alcen la cara al cielo. Lo que les entibia la cara (y si la dejan demasiado tiempo se las quema) se llama radiación y viene en varios sabores, el más evidente es la luz visible, una porción muy estrecha del espectro electromagnético. Más arriba en el espectro están la luz ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma, mucho más energéticos que la luz visible.

Toda esa luz (la que ven y la que no) viene de una explosión nuclear contenida por gravedad ocurriendo a 150 millones de kilómetros. Cada segundo el Sol (así en mayúsculas, pronto verán porqué) transforma 700 millones de toneladas de hidrógeno en 695 millones de toneladas de helio. Los cinco millones restantes se transforman en energía.

Cada segundo.

Además el sol da vueltas, aproximadamente una, una vez al mes (si eso se les hace lento tengan en cuenta que la masa del sol equivale
a un millón de Tierras). Lo mismo que la rotación de la Tierra, la rotación del Sol provoca fenómenos metereológicos interesantes. Entre ellos una corriente de convexión que circula por la superficie del Sol, como ríos de la Tierra, nomás que en lugar de llevar agua llevan gas, muy caliente. El calor es tal que los átomos del gas son encuerados de sus electrones quedando ionizados. Si el Sol no estuviera dando vueltas todas esas cargas se distribuirían al azar y se anularían, pero la rotación provoca que las cargas se distribuyan siguiendo la misma corriente de convexión.

Quien se acuerde de sus clases de física de secundaria sabrá lo que ocurre cuando una corriente eléctrica se mueve: genera un campo magnético.

Las cosas no son tan sencillas, sin embargo, las corrientes del Sol hasta el momento son impredecibles y sus campos magnéticos por lo tanto también. Sólo sabemos que a veces se generan campos magnéticos cuyas líneas de fuerza son tan densas que se convierten en una red que impide a la corriente de gas caliente circular.

Cuando eso ocurre, regiones del sol pueden empezar a enfriarse. Dado que la brillantez del Sol se debe a su temperatura, cualquier cosa que sea un poco más fría se verá oscura. Lo que estamos viendo es una mancha solar. O dos, más bien, pues dado que son fenómenos electromagnéticos vienen en pares. Como los polos magnéticos.

La energía que pueden almacenar las manchas solares es enorme. A medida que las líneas de fuerza del campo magnéticos se vuelven maś densas, el equilibrio entre tensión y expansión se hace más precario hasta que una de los cede y entonces una explosión, titánica, aunque contenida en una región local, ocurre. Eso es una llamarada solar.

La primera vez que se observó una fue el 1ero de septiembre de 1859 -coincidentemente el mismo año que se publicó el descubrimiento del ciclo de manchas solares. Dos astrónomos llamados Richard (serendipias donde las haya) uno apellidado Carrington y otro Hodson observaban, de forma independiente, al Sol, cuando ante sus ojos una parte pequeña del disco normalmente imperturbable del Sol explotó con intensidad volviéndose más brillante. La erupción duró 5 minutos y hasta este día ha sido la llamarada más brillante registrada.

En unas horas los magnetómetros se volvieron locos, registrando fluctuaciones sin precedentes en el campo magnético de la Tierra.

Ese día pasaron dos cosas, en la Tierra nació el estudio del clima espacial y en el Sol las líneas de fuerza en la superficie se realinearon súbitamente liberando la energía equivalente al 10 % de la energía que todo el Sol libera en un segundo, en un sólo punto de su superficie. Para que se den una mejor idea ese 10% equivale a 15 mil millones de bombas nucleares de un megatón.

Una llamarada puede enviar miles de millones de toneladas de partículas subatómicas a una fracción apreciable de la velocidad de la luz. La buena noticia es que esa emisión está muy focalizada y no es fácil que le atine a la Tierra. La mala noticia es que junto con esa emisión viene luz, de la que vemos y la que no podemos ver. Luz ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Si bien la atmósfera de la Tierra nos protege de esta luz de alta energía, puede plantear un problema serio para los satélites que vuelan a baja órbita. La atmósfera se calienta, se expande y los satélites de pronto ven frenada su trayectoria por aire que no estaba en su camino antes. Así se perdió el Skylab en 1979.

No obstante,una llamarada no es lo peor que tiene el Sol en su arsenal. Están las Emisiones de Masa Coronarias (CME de aquí en adelante).

Pero de cómo se generan y cuál es su relación con la torpeza de los de la Comisión Federal de Electricidad platicaremos en la próxima bosta.

martes, junio 15, 2010

La Feria de las Culturas Amigas

¿Recuerdan cuándo sus madres les recomendaban "no comas en la calle"? Me temo que tenían razón.

Click en la imagen para saber porqué.


martes, junio 08, 2010

El problema 10 del proyecto Euler o la criba de Eratóstenes

Si van al proyecto Euler y consultan el problema 10 van a encontrar que consiste en lo siguiente:

La suma de los primos menores a 10 es 2 + 3 + 5 + 7 = 17

Encuentra la suma de los primos menores a 2 millones.

Para resolverlo implementé una criba de Eratóstenes que tardó horas en obtener la respuesta (en términos de tiempo de ejecución eso equivale a eras geológicas). Escribí la solución en el proyecto Euler, recibí una palomita y luego leí la implementación de los autores del proyecto Euler, que también proponían una criba de Eratóstenes. Terminando de leer me levanté, fuí al espejo y dije:

- Controlzape eres un pendejo.

Bueno, ahora vamos por partes para que entiendan ese bonito momento de autoconocimiento.

¿Qué es una criba de Eratóstenes?

Es un método de hace un par de milenios para hallar números primos o más específicamente para discriminar factores de números primos. Aunque añejo es efectivo (sobre todo si se implementa bien, no con las patas como lo venía yo haciendo).

A grandes rasgos se trata de lo siguiente:

1. Escribes una lista del 2 hasta el número N que deseas evaluar.

2. Tacha todos los pares mayores a 2.

3. Escoges el siguiente número (P) más próximo que quedó sin tachar.

4. Tacha los multiplos de P hasta el número N.

5. Repite 3 y 4 hasta que ya no haya más números P para escoger.

6. Los números que quedaron sin tachar son los primos que hay del 2 hasta el N.

Así platicado esto (añadiendo la sumatoria del ejercicio 10 del proyecto Euler) lo que se necesita es un arreglo de 2 millones de booleanos cuyos elementos estén inicializados en falso; un loop que descarte a los índices pares superiores a 2 del arreglo poniéndolos en true; un loop anidado dentro de otro para ejecutar los pasos 3 y 4 del algoritmo, y por último, un loop sencillo que recorra el arreglo de booleanos, una vez terminada la criba, para ver cuales quedaron sin tachar e irlos sumando. La implementación es la siguiente (en Java):


Como ya lo dije, ese código tardó horas en llegar a la respuesta correcta. El que mencionaban en el proyecto Euler tardó segundos.

¿Qué le faltaba a mi implementación de la criba de Eratóstenes?

Tres cosas. La primera y más importante para disminuir el tiempo de ejecución es la siguiente: no es necesario que el loop externo de la criba evalúe todos los números impares de 2 hasta 2 millones. Basta con que evalúe de 2 hasta el entero mayor de la raíz cuadrada de 2 millones que equivale a 1415. ¿Por qué hasta ahí? Muy simple, porque los números no primos que hay entre la raíz cuadrada de N y N son multiplos de los números primos menores a la raíz cuadrada de N. Todos ellos.

Al aplicar al código esa característica de la criba de Eratóstenes, en vez de un loop anidado que efectúe millones de millones de operaciones, tenemos un loop anidado que efectúa miles de millones de operaciones. Eso en vez de tardar horas, tarda segundos.

El segundo defecto que tiene mi implementación se compone con un corolario de lo de la raíz de N: sí los números no primos después de raíz de N se pueden expresar como multiplicaciones entre primos menores a raíz de N, entonces eso significa que al evaluar cada número primo para descartar a sus múltiplos conviene empezar a evaluar no desde el número primo más 1, como yo muy tarugamente le estaba haciendo, sino que hay que empezar a evaluar desde el cuadrado del número primo. O en otras palabras, todos los números no primos que hay antes del cuadrado de ese número primo son múltiplos de los primos menores al que estamos evaluando.

Aplicar al código esta otra característica de la criba significa sustituir el loop interno de la criba para que empiece a evaluar en el cuadrado del indice del loop externo. A medida que la criba se vaya evaluando ese loop interno avanzará más rápido.

El tercer defectote de mi implementación es el siguiente: no es necesario hacer la operación de módulo para encontrar multiplos. Hay que aprovechar la característica de la criba y que ya eliminamos a los números pares para que la propia evaluación del loop nos posicione en los índices de la criba que serán múltiplos del primo que estamos evaluando y tacharlo sin hacer una operación de módulo. Esto significa que el loop interno de la criba hay que modificarlo para que se ejecute no en cada número impar, sino en cada número primo multiplicado por dos (la multiplicación por dos es para no recorrer los números pares -ya descartados- que también son múltiplos del número primo). Ahora bien, ahora sólo resta estar seguro de que no entremos al loop interior a menos que el loop exterior ya nos haya dado un número primo. Eso se consigue con una condicional.

El código entonces queda así (señalé en rojo las modificaciones).


Y obtiene uno la respuesta en 2 patadas.

pd. Para entender estas características de la criba de Eratóstenes lo que recomiendo es que hagan una, a mano, hasta 100. Después de tachar todos los pares (excepto el dos), y de efectuar los pasos, se darán cuenta que terminan justo después de tachar los múltiplos de 7 a partir del 49 y recorriéndolos de 14 en 14.

miércoles, junio 02, 2010

Me equivoqué

Hace unas horas ví la siguiente nota:

(Click en la imagen para leer la nota completa)

Imaginarme a charlatanes como Antonio Vazquez Alba, Giovanita, Amira, Jaime Maussan, Carlos Trejo, a los productores de Extranormal y a varios de su calaña metidos en la cárcel por charlatanes admito que me hizo el día y tuiteé con entusiasmo rebuznante que me cuadraba la medida.

Me equivoqué.

Después de un rato de visualizar zambutidos en el bote a astrólogos, homeópatas, médicos dizquecuánticos, ovnilocos, instructores de levitación, vendedores de El Secreto, terapeutas que reconcilian a su cliente con su ángel guardián, seudopsicólogos que ante cualquier berrinche infantil diagnostican "este es un niño índigo", autodenominados masajeadores reiki y al resto de la caterva de engañabobos que se seban ya de la desesperación o ya del nulo escepticismo de sus víctimas, recordé algo que escribí hace casi cinco años en este blog pitero.

En noviembre de 2005, después de comentar sobre otra nota que había leído en la que un senador proponía una regulación de los anuncios de psiquicos, adivinos y curanderos consistente en que estos se transmitieran en horarios clasificados para adultos (como si ser adulto fuera condición suficiente de inmunidad contra la tontería), escribí el siguiente párrafo:

[No] me late que funcione una propuesta basada en el supuesto de que el público mexicano es pendejo y se debe de cuidar como a un idiota al que hay que alejarlo de lo "malo" para que no se haga daño. Me apresuro a aclarar que no abogo por una exposición a experiencias nocivas como método pedagógico. Sin embargo, en este caso particular, creo que es más efectivo educar que censurar. Si tanto preocupa que los impactos publicitarios de los charlatanes sean "recibidos por niños y jóvenes que incorporan la adivinación, el esoterismo y la magia como elementos de éxito" se debería incorporar, a su vez, en los esquemas básicos de educación, más material que promueva el pensamiento crítico y escéptico. Y hacer más énfasis en una adecuada aplicación del método científico como medio de distinguir lo que es cierto de lo que no. Eventualmente, los charlatanes desaparecerían por falta de clientela.
A casi cinco años de haberlo escrito, aunque se interprete como autocomplaciente, sigo pensando que tengo razón: considero que es mejor estar en un país donde los charlatanes hayan desaparecido por falta de clientes crédulos a estar en un país en donde a los charlatanes se les tiene que meter a la cárcel por que sus clientes crédulos no han sido capaces de dejar de serlo.

Después de todo la credulidad imbécil y turulata es una condición mental que no tiene porque ser permanente.

martes, junio 01, 2010

Pueblo bicicletero

Hoy en nolecuentes abordamos el programa de transporte individual Ecobici.

Click en la imagen para leer.