El Sol y sus espículas.

Los científicos descubren los orígenes de las espículas giratorias del sol.

Espículas solares.

En un momento dado, hasta 10 millones de chorros salvajes de material solar salen de la superficie del sol. Estallan tan rápido como a una velocidad estimada de 60 millas por segundo, y pueden alcanzar alturas de 6.000 millas antes de derrumbarse. Estos chorros se denominan espículas y a pesar de su abundancia, tanta como la hierba en una campa, los científicos no entendian cómo se formaban. Ahora, por primera vez, una simulación por computadora, tan detallada que tomó un año completo para funcionar, muestra cómo se forman las espículas, ayudando a los científicos a entender cómo las espículas pueden liberarse de la superficie del sol y subir tan rápidamente.

Este trabajo se basó en observaciones de alta cadencia del Espectrógrafo de Imágenes de Zona de Interfaz de la NASA, o IRIS, y el Telescopio Solar de 1 metro en La Palma, en las Islas Canarias. Juntos, la nave espacial y el telescopio miran en las capas inferiores de la atmósfera del sol, conocida como la región de la interfaz, donde se forman las espículas. Los resultados de este estudio financiado por la NASA se publicaron en Science el 22 de junio de 2017, una época especial del año para la misión IRIS, que celebra su cuarto aniversario en el espacio el 26 de junio.

"Los modelos numéricos y las observaciones van de la mano en nuestra investigación", dijo Bart De Pontieu, autor del estudio y director científico de IRIS en Lockheed Martin Solar y Astrophysics Laboratory, en Palo Alto, California. "Comparamos observaciones y modelos para averiguar qué tan bien están funcionando nuestros modelos, y para mejorar los modelos cuando vemos grandes discrepancias".

Observar espículas ha sido un problema espinoso para los científicos que quieren entender cómo el material solar y la energía se mueven a través y lejos del sol. Las espículas son transitorias, formándose y colapsando en el curso de apenas cinco a diez minutos. Estas estructuras ténues también son difíciles de estudiar desde la Tierra, donde la atmósfera a menudo desdibuja la visión de nuestros telescopios.

El video: Mire el vídeo para aprender como los científicos usan simulaciones de computadoras y observaciones para determinar como las espículas se forman. 
Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Joy Ng, producer

Un equipo de científicos ha estado trabajando en este modelo particular durante casi una década, intentando una y otra vez crear una versión que crear espículas. Las versiones anteriores del modelo trataban la región de la interfaz, la atmósfera solar más baja, como un gas caliente de partículas cargadas eléctricamente o, más técnicamente, un plasma completamente ionizado. Pero los científicos sabían que algo faltaba porque nunca vieron espículas en las simulaciones.

La clave, según los científicos, eran las partículas neutras. Se inspiraron en la ionosfera de la Tierra, una región de la atmósfera superior donde las interacciones entre partículas neutras y cargadas son responsables de muchos procesos dinámicos.

El equipo de investigación sabía que en regiones más frías del sol, como la región de interfaz, no todas las partículas de gas están cargadas eléctricamente. Algunas partículas son neutras y las partículas neutras no están sujetas a campos magnéticos como las partículas cargadas. Los científicos habían basado modelos anteriores en un plasma totalmente ionizado para simplificar el problema. De hecho, incluir las partículas neutras necesarias era muy costoso desde el punto de vista computacional, y el modelo final tardó aproximadamente un año en funcionar en el supercomputador de las Pléyades ubicado en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley y que apoya cientos de proyectos científicos e ingenieros para misiones de la NASA.

El modelo comenzó con una comprensión básica de cómo el plasma se mueve en la atmósfera del sol. La convección constante, o la ebullición, del material a través del sol genera islas de campos magnéticos enredados. Cuando la ebullición los lleva hasta la superficie y más lejos en la atmósfera inferior del sol, las líneas de campo magnético se encajan rápidamente en su sitio para resolver la tensión, expulsando el plasma y la energía. De esta violencia nace una espícula. Pero explicar cómo estos nudos magnéticos complejos subían y encajaban era la parte difícil.

"Normalmente los campos magnéticos están fuertemente acoplados a partículas cargadas", dijo Juan Martínez-Sykora, autor principal del estudio y físico solar en Lockheed Martin y el Instituto de Investigación Ambiental del Área de la Bahía en Sonoma, California. "Con sólo partículas cargadas en el modelo, los campos magnéticos estaban atascados y no podían elevarse más allá de la superficie del sol. Cuando añadimos neutrales, los campos magnéticos podrían moverse más libremente. "

Las partículas neutras proporcionan la flotabilidad que los nudos nudosos de la energía magnética necesitan levantarse a través del plasma hirviendo del sol y alcanzar la cromosfera. Allí, encajan en espículas, liberando plasma y energía. La fricción entre los iones y las partículas neutras calienta el plasma aún más, tanto dentro como alrededor de las espículas.

Estructura del telescopio IRIS.

Con el nuevo modelo, las simulaciones coincidían con las observaciones de IRIS y del Telescopio Solar Sueco, las epículas ocurrieron naturalmente y con frecuencia. Los diez años de trabajo que se dedicaron al desarrollo de este modelo numérico le valieron a los científicos Mats Carlsson y Viggo H. Hansteen, ambos autores del estudio de la Universidad de Oslo en Noruega, la Medalla 2017 Arctowski de la Academia Nacional de Ciencias. Martínez-Sykora lideró la expansión del modelo para incluir los efectos de las partículas neutras.

El modelo actualizado de los científicos reveló algo más sobre cómo la energía se mueve en la atmósfera solar. Los científicos sospechan que es un factor clave para calentar la atmósfera del sol y propulsar el viento solar, que constantemente baña nuestro sistema solar y nuestro planeta con partículas cargadas del sol.

"Este modelo responde a muchas preguntas que hemos tenido durante tantos años", dijo De Pontieu. "Gradualmente aumentamos la complejidad física de los modelos numéricos basados ​​en observaciones de alta resolución, y es realmente una historia de éxito para el enfoque que hemos tomado con IRIS".

Las simulaciones indican que las espículas podrían desempeñar un papel importante en la energización de la atmósfera del sol, forzando constantemente el plasma hacia fuera y generando tantas ondas de Alfvén a través de la superficie entera del sol.

"Este es un gran avance en nuestra comprensión de los procesos que pueden energizar la atmósfera solar, y sienta las bases para las investigaciones con más detalle para determinar el papel que las espículas juegan", dijo Adrian Daw, IRIS misión científico en la NASA Goddard Space Flight Center en Greenbelt, Maryland. "Un muy buen resultado en la víspera de nuestro aniversario de lanzamiento."

Por Lina Tran NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

Artículo publicado en NASA el 22 de junio de 2.017.

Editor: Rob Garner

Descripción de la Misión IRIS.