Lluvia inesperada del Sol enlaza dos misterios solares.
Buscando lluvia coronal.
"Probablemente revisé los datos de tres o cinco años", estimó Mason. Luego, en octubre de 2017, se detuvo. Ella se dio cuenta de que había estado mirando algo equivocado todo el tiempo.
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| El artículo de Mason analizó tres observaciones de Raining Null-Point Topologies, o RNTP, una estructura magnética pasada por alto que se muestra aquí en dos longitudes de onda de luz ultravioleta extrema. La lluvia coronal observada en estos bucles magnéticos comparativamente pequeños sugiere que la corona puede calentarse dentro de una región mucho más restringida de lo que se esperaba anteriormente. Créditos: Observatorio de Dinámica Solar de la NASA / Emily Mason. |
Durante cinco meses a mediados de 2017, Emily Mason hizo lo mismo todos los días. Al llegar a su oficina en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, se sentó en su escritorio, abrió su computadora y miró las imágenes del Sol, todo el día, todos los días.
Mason, un estudiante graduado de la Universidad Católica de América en Washington, DC, buscaba lluvia coronal: globos gigantes de plasma o gas electrificado, que gotea desde la atmósfera exterior del Sol hasta su superficie. Pero ella esperaba encontrarlo en serpentinas de casco, los bucles magnéticos de un millón de millas, llamados así por su parecido con el casco puntiagudo de un caballero, que se puede ver saliendo del Sol durante un eclipse solar. Simulaciones por computadora predijeron que la lluvia coronal podría encontrarse allí. Las observaciones del viento solar, el gas que se escapa del Sol y sale al espacio, insinúa que la lluvia podría estar ocurriendo. Y si ella pudiera encontrarlo, la física subyacente de la lluvia tendría importantes implicaciones para el misterio de 70 años de por qué la atmósfera exterior del Sol, conocida como la corona, es mucho más caliente que su superficie. Pero después de casi medio año de búsqueda, Mason simplemente no pudo encontrarlo. "Fue mucho mirar -dijo Mason-, por algo que en última instancia nunca sucedió".
Resultó que el problema no era lo que estaba buscando, sino dónde. En un artículo publicado hoy en la revista Astrophysical Journal Letters, enlace publicación, Mason y sus coautores describen las primeras observaciones de la lluvia coronal en una especie de bucle magnético más pequeño, que antes se pasaba por alto en el Sol. Después de una larga y sinuosa búsqueda en la dirección equivocada, los hallazgos forjan un nuevo vínculo entre el calentamiento anómalo de la corona y la fuente del viento solar lento, dos de los mayores misterios que enfrenta la ciencia solar actual.
Cómo llueve en el sol.
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| La lluvia coronal, como la que se muestra en esta película del SDO de la NASA en 2012, se observa a veces después de las erupciones solares, cuando el intenso calentamiento asociado con una llamarada solar se corta repentinamente después de la erupción y el plasma restante se enfría y vuelve a caer a la superficie solar. Mason estaba buscando lluvia coronal no asociada con erupciones, sino causada por un proceso cíclico de calentamiento y enfriamiento similar al ciclo del agua en la Tierra. Créditos: Solar Dynamics Observatory / Scientific Visualization Studio de la NASA / Tom Bridgman, animador principal. |
Observado a través de los telescopios de alta resolución montados en la nave SDO de la NASA, el Sol, una bola de plasma caliente, repleta de líneas de campo magnético trazadas por gigantescos y ardientes bucles, parece tener pocas similitudes físicas con la Tierra. Pero nuestro planeta natal proporciona algunas guías útiles para analizar el caótico tumulto del Sol: entre ellos, la lluvia.
En la Tierra, la lluvia es solo una parte del ciclo de agua más grande, una lucha sin fin entre el empuje del calor y la fuerza de la gravedad. Comienza cuando el sol calienta el agua líquida que se acumula en la superficie del planeta en océanos, lagos o arroyos. Una parte se evapora y se eleva a la atmósfera, donde se enfría y se condensa en nubes. Con el tiempo, esas nubes se vuelven lo suficientemente pesadas como para que la fuerza de la gravedad se vuelva irresistible y el agua vuelva a caer a la Tierra cuando llueve, antes de que el proceso comience de nuevo.
En el Sol, dijo Mason, la lluvia coronal funciona de manera similar, "pero en lugar de agua a 60 grados, se trata de un plasma de un millón de grados". El plasma, un gas cargado de electricidad, no se acumula como el agua, sino que se acumula los bucles magnéticos que emergen de la superficie del Sol como una montaña rusa en las pistas. En los puntos del pie del bucle, donde se adhiere a la superficie del Sol, el plasma se sobrecalienta de unos pocos miles a más de 1,8 millones de grados Fahrenheit. Luego expande el bucle y se acumula en su punto máximo, lejos de la fuente de calor. A medida que el plasma se enfría, se condensa y la gravedad lo atrae por las piernas del bucle en forma de lluvia coronal.
Mason estaba buscando lluvia coronal en serpentinas de casco, pero su motivación para mirar allí tenía más que ver con este ciclo subyacente de calefacción y refrigeración que la lluvia misma. Desde al menos a mediados de la década de 1990, los científicos han sabido que las serpentinas de los cascos son una fuente del viento solar lento, un flujo de gas denso y relativamente lento que se escapa del Sol por separado de su contraparte en rápido movimiento. Pero las mediciones del lento gas del viento solar revelaron que una vez se había calentado en un grado extremo antes de enfriar y escapar del sol. El proceso cíclico de calentamiento y enfriamiento detrás de la lluvia coronal, si esto ocurriera dentro de las serpentinas del casco, sería una pieza del rompecabezas.
La otra razón se relaciona con el problema del calentamiento coronal: el misterio de cómo y por qué la atmósfera exterior del Sol es unas 300 veces más caliente que su superficie. Sorprendentemente, las simulaciones han demostrado que la lluvia coronal solo se forma cuando el calor se aplica a la parte inferior del bucle. "Si un bucle tiene lluvia coronal, eso significa que el 10% inferior, o menos, es donde ocurre el calentamiento coronal", dijo Mason. Los bucles de lluvia proporcionan una varilla de medición, un punto de corte para determinar dónde se calienta la corona. Comenzar su búsqueda en los bucles más grandes que pudieron encontrar (gigantescos cascos) parecía un objetivo modesto y que maximizaría sus posibilidades de éxito.
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| Concepto del artista de la sonda SDO. Crédito: NASA. |
Tenía los mejores datos para el trabajo: imágenes tomadas por el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA, o SDO, una nave espacial que ha fotografiado al Sol cada doce segundos desde su lanzamiento en 2010. Pero casi medio año después de la búsqueda, Mason aún no lo había hecho. Observó una sola gota de lluvia en una serpentina de casco. Sin embargo, había notado una serie de diminutas estructuras magnéticas, con las que no estaba familiarizada. "Fueron realmente brillantes y siguieron llamando mi atención -dijo Mason-. Cuando finalmente les eché un vistazo, seguramente tuvieron decenas de horas de lluvia a la vez".
Al principio, Mason estaba tan concentrada en su búsqueda de transmisor de casco que no hizo nada de las observaciones. "Ella vino a la reunión del grupo y dijo: 'Nunca lo encontré, lo veo todo el tiempo en estas otras estructuras, pero no son serpentinas de casco'", dijo Nicholeen Viall, un científico solar de Goddard, y coautor de el papel. "Y yo dije, 'Espera ... espera. ¿Dónde lo ves? ¡No creo que nadie haya visto eso antes! "
Una barra de medir para calentar.
Estas estructuras diferían de las serpentinas de casco de varias maneras. Pero lo más sorprendente de ellos era su tamaño.
"Estos bucles eran mucho más pequeños de lo que estábamos buscando", dijo Spiro Antiochos, quien también es físico solar en Goddard y coautor del artículo. "Así que eso te dice que el calentamiento de la corona está mucho más localizado de lo que pensábamos".
Si bien los hallazgos no dicen exactamente cómo se calienta la corona, "sí empujan hacia abajo el piso donde podría ocurrir el calentamiento coronal", dijo Mason. Ella había encontrado bucles de lluvia de aproximadamente 30.000 millas de alto, apenas un dos por ciento de la altura de algunas de las serpentinas de casco que originalmente estaba buscando. Y la lluvia condensa la región donde puede estar ocurriendo el calentamiento coronal clave. "Todavía no sabemos exactamente qué está calentando la corona, pero sabemos que tiene que suceder en esta capa", dijo Mason.
Una nueva fuente para el viento solar lento.
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| Mason buscó lluvia coronal en serpentinas de casco como la que aparece en el lado izquierdo de esta imagen, tomada durante el eclipse de 1994 desde América del Sur. Aparece un pseudoestopador más pequeño en la extremidad occidental (lado derecho de la imagen). Llamadas así por su parecido con el casco puntiagudo de un caballero, las serpentinas se extienden hasta la débil corona del Sol y se ven más fácilmente cuando se ocluye la luz de la superficie brillante del Sol. Créditos: © 1994 Úpice observatory y Vojtech Rušin, © 2007 Miloslav Druckmüller. |
Pero una parte de las observaciones no coincide con teorías anteriores. Según el entendimiento actual, la lluvia coronal solo se forma en bucles cerrados, donde el plasma puede acumularse y enfriarse sin ningún medio de escape. Pero cuando Mason examinó los datos, encontró casos en los que se estaba formando lluvia en las líneas abiertas del campo magnético. Anclado al Sol en un solo extremo, el otro extremo de estas líneas de campo abierto se alimentan en el espacio, y el plasma podría escapar hacia el viento solar. Para explicar la anomalía, Mason y el equipo desarrollaron una explicación alternativa, una que conectaba la lluvia en estas diminutas estructuras magnéticas con los orígenes del viento solar lento.
En la nueva explicación, el plasma de lluvia comienza su viaje en un circuito cerrado, pero pasa, a través de un proceso conocido como reconexión magnética, a uno abierto. El fenómeno ocurre con frecuencia en el Sol, cuando un circuito cerrado se topa con una línea de campo abierto y el sistema se vuelve a cablear. De repente, el plasma sobrecalentado en el circuito cerrado se encuentra en una línea de campo abierto, como un tren que ha cambiado de vía. Parte de ese plasma se expandirá rápidamente, se enfriará y volverá al Sol como lluvia coronal. Pero otras partes del mismo escaparán, formando, sospechan, una parte del viento solar lento.
Mason está trabajando actualmente en una simulación por computadora de la nueva explicación, pero también espera que la evidencia de observación que se avecina pronto pueda confirmarlo. Ahora que Parker Solar Probe, lanzado en 2018, está viajando más cerca del Sol que cualquier otra nave espacial anterior, puede volar a través de ráfagas de viento solar lento que pueden rastrearse hasta el Sol, potencialmente, hasta uno de los eventos de lluvia coronal de Mason. Después de observar la lluvia coronal en una línea de campo abierto, el plasma saliente, que se escapa al viento solar, normalmente se perdería en la posteridad. Pero ya no. "Potencialmente podemos hacer esa conexión con Parker Solar Probe y decir, eso fue todo", dijo Viall.
Cavando a través de los datos.
¿En cuanto a encontrar lluvia coronal en serpentinas de casco? La búsqueda continúa. Las simulaciones son claras: la lluvia debería estar allí. "Tal vez es tan pequeño que no puedes verlo", dijo Antiochos. "Realmente no lo sabemos".
Pero, de nuevo, si Mason hubiera encontrado lo que estaba buscando, podría no haber hecho el descubrimiento, o haber pasado todo ese tiempo aprendiendo los entresijos de los datos solares.
"Parece un problema, pero honestamente es mi cosa favorita", dijo Mason. "Quiero decir que es por eso que construimos algo que toma tantas imágenes del Sol: para que podamos mirarlas y resolverlo".
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Por Miles Hatfield
El Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, Greenbelt, Md.
Última actualización: 5 de abril de 2019, enlace publicación.
Editor: Rob Garner
