Usando datos de observación de los satélites meteorológicos estadounidenses GOES, un equipo de investigadores dirigido por el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS) en Alemania ha dado un paso importante para descubrir uno de los secretos más perseverantes del sol: ¿Cómo lanza nuestra estrella el partículas que constituyen el viento solar en el espacio? Los datos brindan una vista única de una región clave en la corona solar a la que los investigadores han tenido poco acceso hasta ahora.
El equipo ha capturado por primera vez una red dinámica similar a una red de estructuras de plasma alargadas y entrelazadas. Junto con los datos de otras sondas espaciales y extensas simulaciones por computadora, surge una imagen clara: donde interactúan las estructuras alargadas de la red coronal, se descarga energía magnética y las partículas escapan al espacio.
Los satélites ambientales operativos geoestacionarios (GOES) de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos (NOAA) tradicionalmente se han ocupado de otras cosas además del sol. Desde 1974, el sistema ha estado orbitando nuestro planeta a una altitud de unos 36.000 kilómetros y proporcionando continuamente datos relacionados con la Tierra, por ejemplo, para la previsión meteorológica y de tormentas.
A lo largo de los años, la configuración original se ha ampliado para incluir satélites más nuevos. Los tres más recientes que están actualmente en funcionamiento están equipados adicionalmente con instrumentos que miran al sol para el pronóstico del clima espacial. Pueden obtener imágenes de la radiación ultravioleta de la corona de nuestra estrella.
En agosto y septiembre de 2018 se llevó a cabo una campaña de observación exploratoria para obtener imágenes de la corona solar extendida. Durante más de un mes, el Solar Ultraviolet Imager (SUVI) del GOES no solo miró directamente al sol como suele hacerlo, sino que también capturó imágenes a ambos lados. de eso
“Tuvimos la rara oportunidad de usar un instrumento de una manera inusual para observar una región que realmente no ha sido explorada”, dijo el Dr. Dan Seaton de SwRI, quien se desempeñó como científico jefe de SUVI durante la campaña de observación. “Ni siquiera sabíamos si funcionaría, pero sabíamos que si funcionaba, haríamos importantes descubrimientos”.
Combinando las imágenes de los diferentes ángulos de visión, el campo de visión del instrumento podría ampliarse significativamente y así, por primera vez, toda la corona media, una capa de la atmósfera solar de 350 mil kilómetros sobre la superficie visible del sol, podría ser fotografiado en luz ultravioleta.
Otras naves espaciales que estudian el sol y recopilan datos de la corona, como el Observatorio de Dinámica Solar (SDO) de la NASA, así como el Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO) de la NASA y la ESA, observan capas más profundas o más altas. “En la corona media, la investigación solar ha tenido una especie de punto ciego. Los datos de GOES ahora proporcionan una mejora significativa”, dijo el Dr. Pradeep Chitta de MPS, autor principal del nuevo estudio. En la corona media, los investigadores sospechan procesos que impulsan y modulan el viento solar.
Viajar por el espacio a velocidades supersónicas
El viento solar es una de las características de mayor alcance de nuestra estrella. La corriente de partículas cargadas que el sol lanza al espacio viaja hasta el borde de nuestro Sistema Solar, creando la heliosfera, una burbuja de plasma enrarecido que marca la esfera de influencia del sol. Dependiendo de su velocidad, el viento solar se divide en componentes rápidos y lentos.
El llamado viento solar rápido, que alcanza velocidades de más de 500 kilómetros por segundo, se origina en el interior de los agujeros coronales, regiones que aparecen oscuras en la radiación ultravioleta coronal. Sin embargo, las regiones de origen del viento solar lento son menos seguras. Pero incluso las partículas del lento viento solar corren por el espacio a velocidades supersónicas de 300 a 500 kilómetros por segundo.
Este componente más lento del viento solar todavía plantea muchas preguntas. El plasma coronal caliente a más de un millón de grados necesita escapar del sol para formar el lento viento solar. ¿Qué mecanismo está en el trabajo aquí? Además, el lento viento solar no es homogéneo, sino que revela, al menos en parte, una estructura similar a un rayo de serpentinas claramente distinguibles. ¿Dónde y cómo se originan? Estas son las preguntas abordadas en el nuevo estudio.
En los datos de GOES, se puede ver una región cerca del ecuador que despertó el interés particular de los investigadores: dos agujeros coronales, donde el viento solar se aleja del sol sin obstáculos, muy cerca de una región con una alta intensidad de campo magnético. Las interacciones entre sistemas como estos se consideran posibles puntos de partida del lento viento solar.
Por encima de esta región, los datos del GOES muestran estructuras de plasma alargadas en la corona central que apuntan radialmente hacia afuera. El equipo de autores se refiere a este fenómeno, que ahora ha sido fotografiado directamente por primera vez, como una red coronal. La red está en constante movimiento: sus estructuras interactúan y se reagrupan.
Los investigadores saben desde hace tiempo que el plasma solar de la corona exterior exhibe una arquitectura similar. Durante décadas, el coronógrafo LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronógrafo) a bordo de la nave espacial SOHO, que celebró su 25 aniversario el año pasado, ha proporcionado imágenes de esta región en luz visible. Los científicos interpretan las corrientes en forma de chorro en la corona exterior como la estructura del lento viento solar que comienza allí su viaje al espacio. Como muestra ahora de manera impresionante el nuevo estudio, esta estructura ya prevalece en la corona media.
Influencia del campo magnético solar
Para comprender mejor el fenómeno, los investigadores también analizaron datos de otras sondas espaciales: el Observatorio de Dinámica Solar (SDO) de la NASA proporcionó una vista simultánea de la superficie del sol; la nave espacial STEREO-A, que ha estado precediendo a la Tierra en su órbita alrededor del sol desde 2006, ofreció una perspectiva lateral.
Usando técnicas computacionales modernas que incorporan observaciones del sol por teledetección, los investigadores pueden usar supercomputadoras para construir modelos 3D realistas del escurridizo campo magnético en la corona solar. En este estudio, el equipo utilizó un modelo magnetohidrodinámico avanzado (MHD) para simular el campo magnético y el estado del plasma de la corona durante este período de tiempo.
“Esto nos ayudó a conectar la dinámica fascinante que observamos en la corona media con las teorías predominantes sobre la formación del viento solar”, dijo el Dr. Cooper Downs de Predictive Science Inc., quien realizó las simulaciones por computadora.
Como muestran los cálculos, las estructuras de la red coronal siguen las líneas del campo magnético. “Nuestro análisis sugiere que la arquitectura del campo magnético en la corona central está impresa en el lento viento solar y juega un papel importante en la aceleración de las partículas hacia el espacio”, dijo Chitta. Según los nuevos resultados del equipo, el plasma solar caliente en la corona central fluye a lo largo de las líneas abiertas del campo magnético de la red coronal. Donde las líneas de campo se cruzan e interactúan, se libera energía.
Hay mucho que sugiere que los investigadores están en un fenómeno fundamental. “Durante los períodos de alta actividad solar, los agujeros coronales a menudo ocurren cerca del ecuador en las proximidades de áreas de alta intensidad de campo magnético”, dijo Chitta. “Por lo tanto, es poco probable que la red coronal que observamos sea un caso aislado”, agrega.
El equipo espera obtener información más amplia y detallada de futuras misiones solares. Algunos de ellos, como la misión Proba-3 de la ESA prevista para 2024, están equipados con instrumentos que apuntan específicamente a la corona media. El MPS está involucrado en el procesamiento y análisis de los datos de esta misión. Junto con los datos de observación de las sondas actualmente en funcionamiento, como Parker Solar Probe de la NASA y Solar Orbiter de la ESA, que dejan la línea Tierra-Sol, esto permitirá una mejor comprensión de la estructura tridimensional de la red coronal.
La investigación fue publicada en Nature Astronomy.
