La NASA ingresa a la atmósfera solar por primera vez, aportando nuevos descubrimientos

Por primera vez en la historia, una nave espacial ha “tocado” el Sol. La sonda solar Parker de la NASA ahora ha volado a través de la atmósfera superior del Sol, la corona, tomando muestras de las partículas y campos magnéticos allí.

El nuevo hito marca un gran paso para la sonda solar Parker y un gran paso para la ciencia solar. Así como el aterrizaje en la Luna permitió a los científicos comprender cómo esta se formó, tocar el material del que está hecho el Sol ayudará a los científicos a descubrir información crítica sobre nuestra estrella más cercana y su influencia en el sistema solar.

"Que la sonda solar Parker ‘toque el Sol’ es un momento monumental para la ciencia solar y una hazaña verdaderamente notable", dijo Thomas Zurbuchen, administrador asociado de la Dirección de Misiones Científicas en la sede de la NASA en Washington. "Este hito no solo nos proporciona información más profunda sobre la evolución de nuestro Sol y sus impactos en nuestro sistema solar, sino que todo lo que aprendemos sobre nuestra propia estrella también nos enseña más sobre las estrellas en el resto del universo".

A medida que circula más cerca de la superficie solar, Parker está haciendo nuevos descubrimientos para los cuales otras naves espaciales estaban demasiado lejos, incluso desde el interior del viento solar (el flujo de partículas del Sol que pueden influir en nosotros en la Tierra). En 2019, Parker descubrió que las estructuras magnéticas en zigzag en el viento solar, llamadas curvas, abundan cerca del Sol. Pero cómo y dónde se forman sigue siendo un misterio. Reduciendo a la mitad la distancia al Sol desde entonces, la sonda solar Parker ha pasado lo suficientemente cerca como para identificar un lugar donde se originan: la superficie solar.

El primer paso a través de la corona -y la promesa de más sobrevuelos en el futuro- continuará brindando datos sobre fenómenos que son imposibles de estudiar desde lejos.

"Al volar tan cerca del Sol, la sonda solar Parker ahora detecta condiciones en la capa dominada magnéticamente de la atmósfera solar -la corona- que nunca antes habíamos podido detectar", dijo Nour Raouafi, científico del proyecto Parker en el Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins en Laurel, Maryland. “Vemos evidencia de estar en la corona en datos de campo magnético, datos de viento solar y visualmente, en imágenes. De hecho, podemos ver la nave espacial volando a través de estructuras coronales que se pueden observar durante un eclipse solar total”.

Más cerca que nunca

La sonda solar Parker se lanzó en 2018 para explorar los misterios del Sol al viajar más cerca de él que cualquier nave espacial anterior. Tres años después del lanzamiento y décadas después de la primera concepción, Parker finalmente ha llegado.

A diferencia de la Tierra, el Sol no tiene una superficie sólida. Pero tiene una atmósfera sobrecalentada, hecha de material solar unida al Sol por la gravedad y las fuerzas magnéticas. A medida que el calor y la presión crecientes empujan ese material lejos del Sol, llega a un punto donde la gravedad y los campos magnéticos son demasiado débiles como para contenerlo.

Ese punto, conocido como la superficie crítica de Alfvén, marca el final de la atmósfera solar y el comienzo del viento solar. El material solar con la energía para cruzar ese límite se convierte en el viento solar, que arrastra el campo magnético del Sol con él mientras corre a través del sistema solar, hacia la Tierra y más allá. Es importante destacar que más allá de la superficie crítica de Alfvén, el viento solar se mueve tan rápido que las olas dentro del viento nunca pueden viajar lo suficientemente rápido como para regresar al Sol, cortando su conexión.

Hasta ahora, los investigadores no estaban seguros de dónde se encontraba exactamente la superficie crítica de Alfvén. Con base en imágenes remotas de la corona, las estimaciones la habían colocado entre 10 y 20 radios solares desde la superficie del Sol: entre 6,9 y 13,8 millones de kilómetros (4,3 y 8,6 millones de millas). La trayectoria en espiral de Parker la acerca lentamente al Sol y durante las últimas pasadas, la nave espacial estuvo consistentemente por debajo de 20 radios solares (91 por ciento de la distancia de la Tierra al Sol), colocándola en posición de cruzar el límite, si las estimaciones fueran correctas.

El 28 de abril de 2021, durante su octavo sobrevuelo del Sol, la sonda solar Parker encontró las condiciones específicas magnéticas y de partículas a 18,8 radios solares (alrededor de 13 millones de kilómetros u 8,1 millones de millas) sobre la superficie solar que les dijo a los científicos que había cruzado la superficie crítica de Alfvén por primera vez y, finalmente, entró en la atmósfera solar.

"Esperábamos plenamente que, tarde o temprano, nos encontraríamos con la corona durante al menos un breve período de tiempo", dijo Justin Kasper, autor principal de un nuevo artículo sobre el hito publicado en Physical Review Letters, director adjunto de tecnología en BWX Technologies, Inc. y profesor de la Universidad de Michigan. "Pero es muy emocionante que ya la hayamos alcanzado".

En el ojo de la tormenta

Durante el sobrevuelo, la sonda solar Parker entró y salió de la corona varias veces. Esto es lo que algunos habían predicho: que la superficie crítica de Alfvén no tiene la forma de una bola lisa. Más bien, tiene picos y valles que arrugan la superficie. Descubrir dónde se alinean estas protuberancias con la actividad solar proveniente de la superficie puede ayudar a los científicos a aprender cómo los eventos en el Sol afectan la atmósfera y el viento solar.

En un momento, cuando la sonda solar Parker se sumergió justo por debajo de los 15 radios solares (alrededor de 10,4 millones de kilómetros o 6,5 millones de millas) desde la superficie del Sol, transitó una característica en la corona llamada seudo-serpentina. Las seudo-serpentinas son estructuras masivas que se elevan por encima de la superficie del Sol y se pueden ver desde la Tierra durante los eclipses solares.

Pasar a través de las seudo-serpentinas fue como volar hacia el ojo de una tormenta. Dentro de las seudo-serpentinas, las condiciones se calmaron, las partículas se desaceleraron y el número de curvasdisminuyó, un cambio dramático del ajetreado aluvión de partículas que la nave espacial generalmente encuentra en el viento solar.

Por primera vez, la nave espacial se encontró en una región donde los campos magnéticos eran lo suficientemente fuertes como para dominar el movimiento de partículas allí. Estas condiciones fueron la prueba definitiva de que la nave había pasado la superficie crítica de Alfvén y había entrado en la atmósfera solar, donde los campos magnéticos dan forma al movimiento de todo lo que se encuentra en la región.

El primer paso a través de la corona, que duró solo unas pocas horas, es uno de los muchos planeados para la misión. Parker continuará en espiral más cerca del Sol, llegando finalmente a 8,86 radios solares (6,16 millones de kilómetros o 3,83 millones de millas) de la superficie. Los próximos sobrevuelos (el próximo de los cuales tendrá lugar en enero de 2022) probablemente llevarán a la sonda solar Parker a través de la corona otra vez.

"Estoy emocionado de ver lo que Parker encuentra a medida que pasa repetidamente por la corona en los próximos años", dijo Nicola Fox, directora de división de la División de Heliofísica en la sede de la NASA. "La oportunidad para nuevos descubrimientos es ilimitada".

El tamaño de la corona también depende de la actividad solar. A medida que aumenta el ciclo de actividad de 11 años del Sol (el ciclo solar), el borde exterior de la corona se expandirá, lo que le dará a Parker una mayor probabilidad de estar dentro de la corona durante períodos de tiempo más largos.

“Es una región realmente importante para entrar porque creemos que todo tipo de física se activa potencialmente”, dijo Kasper. "Y ahora estamos entrando en esa región y, con suerte, vamos a empezar a ver esta física y comportamientos".

Reducción de los orígenes del zigzag

Incluso antes de los primeros viajes a través de la corona, ya estaba surgiendo algo de física sorprendente. En encuentros solares recientes, la sonda solar Parker recopiló datos que señalan el origen de las estructuras en forma de zigzag en el viento solar, llamadas curvas. Los datos mostraron que un punto en el que se originan las curvas está en la superficie visible del Sol: la fotosfera.

Para cuando llega a la Tierra, a 150 millones de kilómetros (93 millones de millas) de distancia, el viento solar es un viento en contra implacable de partículas y campos magnéticos. Pero mientras escapa del Sol, el viento solar es estructurado e irregular. A mediados de la década de 1990, la misión Ulysses de la NASA y la Agencia Espacial Europea voló sobre los polos del Sol y descubrió un puñado de extraños giros en forma de S en las líneas del campo magnético del viento solar, que desviaron partículas cargadas en un camino en zigzag mientras escapaban del Sol. Durante décadas, los científicos pensaron que estos cambios ocasionales eran rarezas limitadas a las regiones polares del Sol.

En 2019, a 34 radios solares del Sol, Parker descubrió que las curvas no eran raras, sino comunes en el viento solar. Este hallazgo renovó el interés en las características y planteó nuevas preguntas: ¿De dónde venían? ¿Fueron forjados en la superficie del Sol o moldeados por algún proceso que retuerce los campos magnéticos en la atmósfera solar?

Los nuevos hallazgos, aceptados para su publicación en el Astrophysical Journal, finalmente confirman que un punto de origen está cerca de la superficie solar.

Las pistas llegaron cuando Parker orbitó más cerca del Sol en su sexto sobrevuelo, a menos de 25 radios solares. Los datos mostraron que los cambios ocurren en parches y tienen un mayor porcentaje de helio -que se sabe que proviene de la fotosfera- que otros elementos. Los posibles orígenes de los cambios se limitaron aún más cuando los científicos encontraron los parches alineados con embudos magnéticos que emergen de la fotosfera entre estructuras de células de convección llamadas supergránulos.

Además de ser el lugar de nacimiento de las curvas, los científicos creen que los embudos magnéticos podrían ser el lugar donde se origina un componente del viento solar. El viento solar se presenta en dos variedades diferentes, rápido y lento, y los embudos podrían ser de donde provienen algunas partículas del viento solar rápido.

"La estructura de las regiones con curvascoincide con una pequeña estructura de embudo magnético en la base de la corona", dijo Stuart Bale, profesor de la Universidad de California, Berkeley, y autor principal del nuevo artículo sobre curvas. "Esto es lo que esperamos de algunas teorías, y esto señala una fuente para el propio viento solar".

Comprender dónde y cómo emergen los componentes del viento solar rápido, y si están vinculados a las curvas, podría ayudar a los científicos a responder a un antiguo misterio solar: cómo la corona se calienta a millones de grados, mucho más caliente que la superficie solar de abajo.

Si bien los nuevos hallazgos ubican dónde se realizan los cambios, los científicos aún no pueden confirmar cómo se forman. Una teoría sugiere que podrían crearse a partir de ondas de plasma que recorren la región como olas del océano. Otro sostiene que se producen mediante un proceso explosivo conocido como reconexión magnética, que se cree que ocurre en los límites donde se unen los embudos magnéticos.

"Mi instinto es que, a medida que nos adentremos en la misión y nos acerquemos más y más al Sol, aprenderemos más sobre cómo los embudos magnéticos están conectados a las curvas", dijo Bale. "Y, con suerte, resolveremos la cuestión de qué proceso los crea".

Ahora que los investigadores saben qué buscar, los pases más cercanos de Parker pueden revelar incluso más pistas sobre los cambios de sentido y otros fenómenos solares. Los datos por venir permitirán a los científicos echar un vistazo a una región que es crítica para sobrecalentar la corona y empujar el viento solar a velocidades supersónicas. Tales mediciones de la corona serán críticas para comprender y pronosticar eventos meteorológicos espaciales extremos que pueden interrumpir las telecomunicaciones y dañar los satélites alrededor de la Tierra.

"Es realmente emocionante ver que nuestras tecnologías avanzadas tienen éxito en llevar a la sonda solar Parker más cerca del Sol de lo que nunca hemos estado, y poder hacer investigaciones científicas tan asombrosas", dijo Joseph Smith, ejecutivo del programa Parker en la sede de la NASA. "Esperamos ver qué más descubre la misión a medida que se adentra aún más en los próximos años".

La zona solar Parker es parte del programa Living with a Star (Viviendo con una estrella) de la NASA para explorar aspectos del sistema Sol-Tierra que afectan directamente la vida y la sociedad. El programa Living with a Star es administrado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la agencia en Greenbelt, Maryland, para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Laurel, Maryland, administra la misión de la sonda solar Parker para la NASA y diseñó, construyó y opera la nave espacial.

Por Mara Johnson-Groh

Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland

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