Impresión artística de la nave espacial Parker Solar Probe acercándose al sol. Lanzada en 2018, la sonda aumenta nuestra capacidad de predecir eventos cósmicos importantes que afectan la vida en la Tierra. Fuente: NASA
La Sonda Solar Parker (PSP) de la NASA ha volado lo suficientemente cerca del Sol para detectar la fina estructura del viento solar cerca de donde se genera en la superficie del Sol, revelando detalles que se pierden cuando el viento deja la corona como una explosión uniforme de partículas cargadas.
Es como ver chorros de agua saliendo de la ducha por un chorro de agua que te golpea en la cara.
En un artículo para ser publicado en una revista. Naturalezaun equipo de científicos dirigido por Stuart D. Bale, profesor de física en la Universidad de California, Berkeley, y James Drake de la Universidad de Maryland-College Park, informan que el PSP ha detectado chorros de partículas de alta energía que coinciden con la supergranulación fluye en los orificios coronales, lo que sugiere que estas son las regiones desde las cuales los llamados viento solar rápido.
Los agujeros coronales son áreas donde las líneas de campo magnético emergen de la superficie sin volverse hacia adentro, creando así líneas de campo abiertas que se expanden hacia afuera y llenan la mayor parte del espacio alrededor del sol. Estos agujeros suelen estar ubicados en los polos durante los períodos de reposo solar, por lo que el viento solar rápido que generan no golpea la Tierra. Pero cuando el Sol se vuelve activo cada 11 años, a medida que su campo magnético se invierte, estos agujeros aparecen por toda la superficie, generando ráfagas de viento solar dirigidas directamente a la Tierra.
Comprender cómo y de dónde proviene el viento solar ayudará a predecir las tormentas solares que, si bien producen hermosas auroras en la Tierra, también pueden causar estragos en los satélites y la red eléctrica.
“Los vientos transportan mucha información del Sol a la Tierra, por lo que comprender el mecanismo detrás del viento solar es importante para fines prácticos en la Tierra”, dijo Drake. “Esto afectará nuestra capacidad para comprender cómo el sol libera energía y genera tormentas geomagnéticas que amenazan nuestras redes de comunicaciones”.
Según el análisis del equipo, los agujeros coronales son como lluvias, con chorros espaciados más o menos uniformemente que emergen de puntos brillantes donde las líneas del campo magnético entran y salen de la superficie del Sol. Los científicos argumentan que cuando los campos magnéticos opuestos se cruzan en estos embudos, que pueden tener 18,000 millas de ancho, los campos a menudo se rompen y vuelven a unirse, expulsando partículas cargadas del Sol.
“La fotosfera está cubierta de células convectivas, como en una olla de agua hirviendo, y el flujo convectivo a mayor escala se denomina supergranulación”, dijo Bale. “Donde estas células supergranulares se encuentran y descienden, arrastran un campo magnético en su camino hacia este tipo de embudo descendente. El campo magnético se vuelve muy intenso allí porque simplemente está bloqueado. Es una especie de pala de campo magnético que se va por el desagüe, y la separación espacial de estos pequeños desagües, estos embudos, es lo que estamos viendo ahora con los datos de la sonda solar”.
Con base en la presencia de algunas de las partículas de energía extremadamente alta detectadas por el PSP (partículas que se mueven de 10 a 100 veces más rápido que el viento solar promedio), los investigadores concluyeron que el viento solo podría haber sido creado por un proceso llamado reconexión magnética. El PSP se lanzó en 2018 principalmente para resolver dos explicaciones contradictorias sobre el origen de las partículas de alta energía que componen el viento solar: reconexión magnética o aceleración por plasma u ondas de Alfvén.
“La gran conclusión es que esta reconexión magnética en estas estructuras de embudo proporciona la fuente de energía del rápido viento solar”, dijo Bale. “No solo proviene de todas partes en el agujero coronal, está subestructurado en el foramen coronal a estas células de supergranulación. Proviene de estos pequeños paquetes de energía magnética que están asociados con los flujos convectivos. Creemos que nuestros resultados son una fuerte evidencia de que “la reconexión sí”.
Las estructuras en forma de embudo probablemente correspondan a los chorros brillantes que se pueden ver desde la Tierra en las aberturas coronales, como reportado recientemente Nour Raouafi, coautor del estudio y científico del proyecto Parker Solar Probe en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins. APL diseñó, construyó, administra y opera la nave espacial.
Ahogándose en el sol
Cuando el viento solar llega a la Tierra, a 93 millones de millas del Sol, se ha convertido en una corriente uniforme y turbulenta de campos magnéticos arremolinados intercalados con partículas cargadas que interactúan con el propio campo magnético de la Tierra y expulsan energía eléctrica a la atmósfera superior. Esto excita a los átomos, creando coloridas auroras en los polos, pero tiene efectos que drenan hacia la atmósfera de la Tierra. Predecir los vientos más intensos, llamados tormentas solares, y sus consecuencias cercanas a la Tierra es una de las misiones Living With a Star de la NASA.
La sonda fue diseñada para determinar cómo se ve este viento turbulento cuando se genera cerca de la superficie del Sol o la fotosfera, y cómo las partículas de viento cargadas (protones, electrones e iones más pesados, principalmente núcleos de helio) se aceleran para escapar de la gravedad del Sol.
Para hacer esto, el PSP tuvo que acercarse a menos de 25 a 30 radios solares, que está más cerca de unos 13 millones de millas.
“Cuando vas por debajo de esa altitud, alrededor de 25 o 30 radios solares, la evolución del viento solar es mucho menor y más ordenada: ves más rastros de lo que había en el sol”, dijo Bale.
En 2021, los instrumentos de PSP registraron cambios en el campo magnético de las ondas de Alfvén que parecían estar asociadas con regiones donde se genera el viento solar. Cuando la nave espacial alcanzó unos 12 radios solares desde la superficie del sol – 5,2 millones de millas – los datos eran claros de que la nave espacial estaba pasando a través de corrientes de material, no meras turbulencias. Bale, Drake y sus colaboradores rastrearon estos chorros hasta las células de supergranulación en la fotosfera, donde los campos magnéticos se acumulan y se dirigen hacia el sol.
Pero, ¿fueron las partículas cargadas aceleradas en estos embudos por reconexión magnética, que expulsaría las partículas hacia el exterior, o por ondas de plasma caliente (partículas ionizadas y un campo magnético) que salían del sol como si estuvieran surfeando una ola?
El hecho de que PSP detectara partículas de energía extremadamente alta en estos chorros (de decenas a cientos de kiloelectronvoltios (keV) en comparación con unos pocos keV para la mayoría de las partículas del viento solar) le dijo a Bale que debe ser una reconexión magnética lo que acelera las partículas y genera ondas de Alfvén. , lo que posiblemente le dé a las partículas un impulso adicional.
“Nuestra interpretación es que estas corrientes de salida de reconexión excitan las ondas de Alfvén a medida que se propagan”, dijo Bale. “Esta es una observación que también es bien conocida de la cola magnética de la Tierra, donde ocurren procesos similares. No entiendo cómo la atenuación de las ondas puede producir estas partículas calientes con energías de hasta cientos de keV, cuando esto se debe naturalmente al proceso de recombinación”. Y también vemos esto en nuestras simulaciones”.
El PSP no podrá acercarse al sol más de unos 8,8 radios solares sobre la superficie, unos 4 millones de millas, sin freír sus instrumentos. Bale espera solidificar las conclusiones del equipo con datos de esta altitud, aunque el sol ahora está entrando en el máximo solar cuando la actividad se vuelve mucho más caótica y puede oscurecer los procesos que los científicos están tratando de ver.
“Hubo cierta consternación al comienzo de la misión de la sonda solar de que íbamos a lanzar esta cosa en la parte más tranquila y aburrida del ciclo solar”, dijo Bale. “Pero no creo que lo hubiésemos entendido sin él. Sería demasiado caótico. Creo que tenemos suerte de haberlo lanzado al mínimo solar”.
Proporcionado por la Universidad de California-Berkeley