Solar Orbiter, de las imágenes a la física.
Los últimos resultados de Solar Orbiter muestran que la misión está estableciendo las primeras asociaciones entre fenómenos en la superficie del Sol y lo que sucede en el espacio interplanetario alrededor de la nave. También ofrecen nuevos datos sobre las “hogueras” solares, la meteorología espacial y la desintegración de los cometas.
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| El Extreme Ultraviolet Imager (EUI) en la nave espacial Solar Orbiter de la ESA tomó estas imágenes el 30 de mayo de 2020. Muestran la apariencia del Sol a una longitud de onda de 17 nanómetros, que se encuentra en la región ultravioleta extrema del espectro electromagnético. Las imágenes a esta longitud de onda revelan la atmósfera superior del Sol, la corona, con una temperatura de alrededor de 1 millón de grados. EUI toma imágenes de disco completo (arriba a la izquierda) con el telescopio Full Sun Imager (FSI), así como imágenes de alta resolución con el telescopio HRIEUV. El 30 de mayo, el Orbitador Solar estaba aproximadamente a medio camino entre la Tierra y el Sol, lo que significa que estaba más cerca del Sol que ningún otro telescopio solar. Esto permitió a EUI ver características en la corona solar de solo 400 km de diámetro. A medida que la misión continúa, Solar Orbiter se acercará al Sol y esto aumentará el poder de resolución del instrumento en un factor de dos en la aproximación más cercana. Sin embargo, incluso antes de esto, estas imágenes revelan una multitud de pequeños bucles encendidos, erupciones de puntos brillantes y fibrillas oscuras y móviles. Una característica ubicua de la superficie solar, revelada por primera vez por estas imágenes, se ha llamado "fogatas". Son erupciones omnipresentes de minutas que podrían estar contribuyendo a las altas temperaturas de la corona solar y al origen del viento solar. El color de esta imagen se ha agregado artificialmente porque la longitud de onda original detectada por el instrumento es invisible para el ojo humano. Solar Orbiter es una misión espacial de colaboración internacional entre la ESA y la NASA. Crédito: Solar Orbiter / EUI Team / ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD / WRC, ROB, UCL / MSSL. |
“No podría estar más satisfecho con el desempeño de Solar y los distintos equipos que mantienen en funcionamiento la nave y sus instrumentos”, afirma Daniel Müller, científico del proyecto Solar Orbiter de la ESA.
“Ha sido un verdadero esfuerzo conjunto, y más en las difíciles circunstancias de este año, aunque ahora estamos empezando a ver que todo ese trabajo ha merecido la pena”.
Los diez instrumentos científicos de Solar Orbiter se dividen en dos grupos: seis telescopios de detección remota y cuatro instrumentos in situ. Los primeros observan el Sol y su atmósfera extendida, la corona. Los segundos miden las partículas alrededor de la nave, liberadas por el Sol y conocidas con el nombre de “viento solar”, junto con sus campos magnético y eléctrico. Hacer un seguimiento de dichas partículas y campos hasta la superficie solar es uno de los principales objetivos de Solar Orbiter.
Durante el primer acercamiento al Sol de Solar Orbiter, que tuvo lugar el 15 de junio y durante el cual la nave quedó a 77 millones de kilómetros, registraron datos los dos conjuntos de instrumentos.
Huellas del viento solar.
Los datos de Solar Orbiter han permitido calcular la región de origen del viento solar que golpea a la nave e identificar su “huella” en las imágenes de detección remota. En un ejemplo estudiado en junio de 2020, la huella se ve en el margen de una región denominada “agujero coronal”, desde donde el campo magnético del Sol se extiende al espacio y permite que fluya el viento solar.
Aunque se trata de un trabajo preliminar, ya va más allá de lo que era posible hasta el momento.
“Hasta ahora no habíamos sido capaces de cartografiarlo con tanta precisión”, señala Tim Horbury, del Imperial College London y jefe del Grupo de Trabajo de Detección In-Situ de Solar Orbiter.
La física de las hogueras.
Solar Orbiter también ofrece nueva información sobre las hogueras solares que llamaron la atención de todo el mundo a mediados de este año.
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| Solar Orbiter detecta "fogatas" en el Sol (anotado). Una imagen de alta resolución del Extreme Ultraviolet Imager (EUI) en la nave espacial Solar Orbiter de la ESA, tomada con el telescopio HRIEUV el 30 de mayo de 2020. El círculo en la esquina inferior izquierda indica el tamaño de la Tierra para la escala. La flecha apunta a una de las características omnipresentes de la superficie solar, llamada "fogatas" y revelada por primera vez por estas imágenes. El 30 de mayo, Solar Orbiter se encontraba aproximadamente a medio camino entre la Tierra y el Sol, lo que significa que estaba más cerca del Sol que cualquier otro telescopio solar antes. Solar Orbiter es una misión espacial de colaboración internacional entre la ESA y la NASA. Créditos: Solar Orbiter / EUI Team / ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD / WRC, ROB, UCL / MSSL |
Las primeras imágenes de la misión mostraban una multitud de lo que parecían minúsculas erupciones solares desperdigadas por la superficie del Sol. Los científicos les dieron el nombre de “hogueras” porque aún se desconoce la energía exacta asociada estos eventos. Sin la energía, no está claro si se trata del mismo fenómeno que otras erupciones de bajo alcance detectadas por distintas misiones. Lo que hace que resulten tan interesantes es que desde hace mucho se creía que podrían existir en el Sol nanollamaradas a escala reducida, pero hasta ahora carecíamos de medios para ver fenómenos tan pequeños.
“Estas hogueras podrían ser las nanollamaradas que buscamos con Solar Orbiter”, indica Frédéric Auchère, del Instituto de Astrofísica Espacial de Orsay (Francia) y jefe del Grupo de Trabajo de Detección Remota de Solar Orbiter.
Esto es importante porque, en teoría, estas nanollamaradas serían responsables de calentar la corona, la atmósfera exterior del Sol. El hecho de que la corona se encuentre a aproximadamente un millón de grados Celsius, mientras que la superficie tan solo alcanza unos cinco mil grados es uno de los mayores enigmas de la actual física solar. Investigar este misterio es uno de los objetivos científicos clave de Solar Orbiter.
Para explorar esta idea, los investigadores han estado analizando datos con el Sensor de Imágenes Espectrales del Entorno Coronal (SPICE). Este instrumento de Solar Orbiter está diseñado para revelar la velocidad del gas en la superficie solar y ha mostrado que, de hecho, existen eventos a pequeña escala en los que el gas se mueve a una velocidad significativa, aunque aún no se ha buscado una correlación con las hogueras.
“Ahora mismo, lo único que hemos hecho ha sido poner a punto los datos, mientras los equipos siguen aprendiendo sobre el comportamiento de los instrumentos en el espacio, y los resultados son muy preliminares. Pero es evidente que hemos visto cosas interesantísimas”, admite Frédéric. “Solar Orbiter es sobre todo una misión de descubrimiento, por lo que resulta muy emocionante”.
A la cola de un cometa.
Además de progresar hacia los objetivos científicos de Solar Orbiter, también se han dado felices casualidades científicas.
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| El valor de una órbita de datos de partículas. El Energetic Particle Detector (EPD) de Solar Orbiter se ha encendido y recopila datos desde marzo de 2020. Ahora ha recopilado los datos de una órbita completa. EPD mide las partículas energéticas que pasan por la nave espacial. Examina su composición y variación en el tiempo. Los datos ayudarán a los científicos a investigar las fuentes, los mecanismos de aceleración y los procesos de transporte de estas partículas. El diagrama muestra el flujo de partículas capturadas por la nave espacial durante su primera órbita (los datos más antiguos no se incluyen para evitar la superposición en este diagrama). El flujo se calcula a partir de la velocidad a la que las partículas energéticas ingresan al instrumento y representa los eventos meteorológicos espaciales en el viento solar. Los picos indican los flujos de electrones (mostrados como picos apuntando hacia el interior hacia el Sol en esta representación) e iones (picos apuntando hacia afuera), en una escala logarítmica. El viento solar es el flujo constante de partículas que se alejan del Sol. Los eventos energéticos como las erupciones solares y las eyecciones de masa coronal pueden acelerar y liberar grandes cantidades de partículas de alta energía. Aunque el Sol ha estado relativamente inactivo este año, todavía ha habido una serie de fenómenos meteorológicos espaciales que han aumentado drásticamente la cantidad de partículas energéticas que fluyen a través de Solar Orbiter. Aunque este gráfico proviene de EPD, los otros tres instrumentos in situ en Solar Orbiter también están diseñados para estudiar estos eventos con un detalle sin precedentes. Los otros tres instrumentos son el magnetómetro (MAG), las ondas de radio y plasma (RPW) y el analizador de plasma de viento solar (SWA). Al llevar estos instrumentos de última generación cerca del Sol, Solar Orbiter puede utilizar altas velocidades de datos para capturar los detalles con más fidelidad que nunca. En el caso de la EPD, los investigadores ya están viendo variaciones rápidas en el número de partículas que están asociadas con cambios en el campo magnético, como lo ve MAG. Esto está revelando estructuras de escala fina y nuevas interacciones físicas en el viento solar que nunca antes habíamos visto. Créditos: Solar Orbiter / EPD (ESA & NASA). |
Poco después del lanzamiento de la misión, se vio que pasaría por detrás del cometa ATLAS y atravesaría sus dos colas. Aunque Solar Orbiter no estaba diseñado para un encuentro así y en aquel momento no estaba previsto que recopilase datos científicos, los expertos de la misión se aseguraron de que todos los instrumentos in situ registrasen este encuentro único.
Sin embargo, la naturaleza aún iba a sacarse otro as de la manga: el cometa se desintegró antes de que la nave pudiera acercarse. Así que, en vez de las potentes señales de las colas, era más que posible que la misión no viera nada de nada.
Pero ese no fue el caso. Solar Orbiter detectó signos en los datos del cometa ATLAS, aunque no del tipo que los científico normalmente se habrían esperado. En lugar de un único y nítido cruce con las colas, la nave detectó numerosos episodios de ondas en los datos magnéticos. También detectó masas de polvo, que probablemente se habían liberado del interior del cometa y se habían dividido en numerosos fragmentos minúsculos.
“Es la primera vez que hemos atravesado los restos de un cometa que se acababa de desintegrar”, explica Tim. “Ahí hay un montón de datos verdaderamente interesantes y constituye un nuevo ejemplo del tipo de ciencia fortuita y de alta calidad que podemos hacer con Solar Orbiter”.
Meteorología espacial sigilosa.
Solar Orbiter ha estado midiendo el viento solar gran parte del tiempo que lleva en el espacio y ha llegado a registrar varias eyecciones de partículas procedentes del Sol. Además, el 19 de abril, una eyección de masa coronal particularmente interesante inundó a Solar Orbiter.
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| Detecciones multipunto de una eyección de masa coronal. Unos meses después del lanzamiento de Solar Orbiter en febrero, midió los efectos de una eyección de masa coronal (CME) que provenía del Sol. Medidas similares de otras naves espaciales de la ESA y la NASA han permitido trazar la evolución de la CME durante su paso de cinco días desde el Sol a la Tierra. Una CME es una erupción de alrededor de mil millones de toneladas de partículas que provienen de la atmósfera solar, la corona, y viajan a través del sistema solar. Las CME son una parte importante del "clima espacial". Las partículas desencadenan auroras en planetas con atmósferas y pueden causar fallas en algunas tecnologías. También pueden ser perjudiciales para los astronautas desprotegidos. Por lo tanto, es importante comprender las CME y poder realizar un seguimiento de su progreso. La CME que Solar Orbiter detectó el 19 de abril no era particularmente grande ni poderosa. El Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO) de la ESA, que vigila las CME que se dirigen a la Tierra, apenas registró la erupción. Sin embargo, los efectos de CME fueron medidos por Solar Orbiter y más tarde por Bepicolombo. También fue visto por la nave espacial STEREO-A de la NASA, que está situada a unos noventa grados de la línea directa Sol-Tierra, y mirando directamente a través del área del espacio por la que viajó la CME. El CME entró en erupción el 14 de abril a las 21:54 GMT. Pasó el Solar Orbiter, que estaba aguas arriba de la Tierra y más cerca de la órbita de Venus en ese momento, a las 05:07 GMT del 19 de abril. BepiColombo, que estaba más cerca de la Tierra, detectó el CME a las 07:00 GMT del mismo día y finalmente pasó por la Tierra a las 02:30 GMT del 20 de abril. Con esta multitud de conjuntos de datos, los investigadores pueden rastrear el movimiento y la evolución de la CME a través del tiempo y el espacio. Representa un ejemplo de "ciencia solar multipunto", que se convertirá en una característica de la misión Solar Orbiter a medida que los científicos correlacionen sus medidas con datos de otras naves espaciales en el Sistema Solar interior. Crédito: ESA. |
Las eyecciones son fenómenos meteorológicos de gran envergadura en los que la atmósfera exterior del Sol llega a expulsar miles de millones de toneladas de partículas. Durante esta eyección concreta, que el Sol liberó el 14 de abril, Solar Orbiter había recorrido aproximadamente un veinte por ciento del camino de la Tierra al Sol.
Solar Orbiter no fue la única astronave que observó el evento. Dio la casualidad de que BepiColombo, la misión a Mercurio de la ESA, volaba junto a la Tierra en ese instante. Además, la misión solar STEREO de la NASA se hallaba a unos noventa grados de la línea Sol-Tierra, mirando directamente al área del espacio que atravesaba la eyección de masa coronal. Así, vio el impacto de la eyección en Solar Orbiter y, después, en BepiColombo y la Tierra. Combinando las mediciones de las distintas naves, los investigadores han podido estudiar a fondo cómo evolucionó la eyección mientras se desplazaba por el espacio.
Esto es lo que se conoce como ciencia multipunto y, gracias al número de naves que ahora mismo hay en el sistema solar interior, será una herramienta cada vez más potente en nuestro afán por comprender el viento solar y la meteorología espacial.
“Podemos observar las eyecciones en remoto, podemos medirlas in situ y podemos ver cómo cambian a medida que se acercan a la Tierra”, señala Tim.
Pero quizá las naves que no observaron el evento resulten tan interesantes como las que sí lo hicieron. La sonda SOHO de la ESA-NASA, que se encontraba delante de la Tierra y observa continuamente el Sol en busca de erupciones como esta, apenas la registró. Así, el evento del 19 de abril se clasifica en una categoría poco común de fenómenos meteorológicos espaciales, que tiene el nombre de “eyecciones de masa coronal sigilosas”. Estudiar estos fenómenos un tanto esquivos nos ayudará a comprender mejor la meteorología espacial.
Durante los próximos años se incrementarán las oportunidades de hacer ciencia multipunto. El 27 de diciembre, Solar Orbiter completará su primera maniobra de asistencia gravitacional alrededor de Venus, en la que la nave empleará la gravedad de este planeta para acercarse más al Sol, y se situará en una posición mejor para sumarse a las mediciones de la sonda solar Parker de la NASA, que también realizará dos de estas maniobras alrededor de Venus en 2021.
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| Impresión artística de Solar Orbiter haciendo un sobrevuelo en Venus. Solar Orbiter realizará numerosos sobrevuelos asistidos por gravedad de Venus (y uno de la Tierra) durante el transcurso de su misión para ajustar su órbita, acercándolo al Sol y también fuera del plano del Sistema Solar para observar el Sol desde progresivamente más alto. inclinaciones. Esto dará como resultado que la nave espacial pueda tomar las primeras imágenes de las regiones polares del Sol, algo crucial para comprender cómo "funciona" el Sol. Solar Orbiter es una misión espacial de colaboración internacional entre la ESA y la NASA. Su misión es realizar observaciones de primer plano sin precedentes del Sol y desde altas latitudes, proporcionando las primeras imágenes de las regiones polares inexploradas del Sol e investigando la conexión Sol-Tierra. Está programado para su lanzamiento desde Cabo Cañaveral, Florida, EE. UU. En febrero de 2020. ESA / ATG medialab |
Mientras Parker efectúa mediciones in situ desde el interior de la atmósfera de nuestra estrella, Solar Orbiter capturará imágenes de la misma región. Juntas, las dos misiones nos permitirán conocer los detalles y obtener una panorámica del Sol.
“2021 va a ser un año emocionante para Solar Orbiter”, reconoce Teresa Nieves-Chinchilla, científica del proyecto Solar Orbiter de la NASA. “Para finales de año, todos los instrumentos estarán funcionando juntos en modo científico completo y nos prepararemos para acercarnos aún más al Sol”.
En 2022, Solar Orbiter quedará a menos de 48 millones de kilómetros de la superficie del Sol, más de 20 millones de kilómetros más cerca del astro de lo que habrá llegado en 2021.
Para más información:
ESA Media Relations
Email: media@esa.int
• Publicado en ESA-España el 10 de diciembre del 2020, enlace publicación.
