El misterio del viento solar ‘lento’ revelado por la misión Solar Orbiter

Los científicos han dado un paso más hacia la identificación de los misteriosos orígenes del viento solar «lento», utilizando datos recopilados durante el primer viaje cercano al sol de la nave espacial Solar Orbiter.

El viento solar, que puede viajar a cientos de kilómetros por segundo, ha fascinado a los científicos durante años, y una nueva investigación publicada en Naturaleza Astronomíafinalmente está arrojando luz sobre cómo se forma.

El viento solar describe la salida continua de partículas de plasma cargadas desde el sol hacia el espacio; el viento que viaja a más de 500 km por segundo se conoce como «rápido» y menos de 500 km por segundo se describe como «lento».

Cuando este viento golpea la atmósfera de la Tierra, puede dar lugar a la impresionante aurora que conocemos como aurora boreal. Pero cuando se liberan grandes cantidades de plasma, en forma de eyección de masa coronal, también puede ser peligroso y causar daños importantes a los satélites y los sistemas de comunicaciones.

A pesar de décadas de observaciones, las fuentes y los mecanismos que liberan, aceleran y transportan el plasma del viento solar lejos del sol y hacia nuestro sistema solar no se comprenden bien, en particular el lento viento solar.

En 2020, la Agencia Espacial Europea (ESA), con el apoyo de la NASA, lanzó la misión Solar Orbiter. Además de capturar las imágenes más cercanas y detalladas del Sol jamás tomadas, uno de los principales objetivos de la misión es medir y vincular el viento solar con su área de origen en la superficie del Sol.

Descrito como «el laboratorio científico más complejo jamás enviado al Sol», hay diez instrumentos científicos diferentes a bordo del Solar Orbiter, algunos in situ para recolectar y analizar muestras del viento solar a medida que pasa por la nave espacial, y otros instrumentos de detección remota diseñados para capturar imágenes de alta calidad de la actividad en la superficie del sol.

Combinando datos fotográficos e instrumentales, los científicos han podido por primera vez identificar más claramente dónde se origina el lento viento solar. Esto les ha ayudado a establecer cómo es capaz de abandonar el sol y comenzar su viaje hacia la heliosfera, la burbuja gigante alrededor del sol y sus planetas que protege nuestro sistema solar de la radiación interestelar.

La Dra. Steph Yardley de la Universidad de Northumbria, Newcastle upon Tyne, dirigió la investigación y explica: «La variabilidad de las corrientes de viento solar medidas in situ en una nave espacial cercana al Sol nos proporciona mucha información sobre sus fuentes, y aunque estudios anteriores han rastreado los orígenes del viento solar, esto se hizo mucho más cerca de la Tierra, momento en el cual esta variabilidad se pierde.

«Debido a que Solar Orbiter viaja tan cerca del sol, podemos capturar la naturaleza compleja del viento solar para obtener una imagen mucho más clara de sus orígenes y cómo esta complejidad es impulsada por los cambios en las diferentes regiones de origen».

Se cree que la diferencia entre la velocidad del viento solar rápido y lento se debe a las diferentes áreas de la corona solar, la capa más externa de su atmósfera, de donde se originan.

La corona abierta se refiere a regiones donde las líneas de campo magnético se anclan al sol en un solo extremo y se extienden hacia el espacio en el otro, creando una carretera para que el material solar escape al espacio. Estas áreas son más frías y se cree que son la fuente del rápido viento solar.

Mientras tanto, la corona cerrada se refiere a regiones del sol donde sus líneas de campo magnético están cerradas, lo que significa que están conectadas a la superficie solar en ambos extremos. Estos pueden verse como grandes bucles brillantes que se forman sobre regiones magnéticamente activas.

Ocasionalmente, estos bucles magnéticos cerrados se romperán, brindando una breve oportunidad para que el material solar escape, de la misma manera que lo hace a través de líneas abiertas del campo magnético, antes de volver a conectarse y formar un bucle cerrado nuevamente. Esto suele ocurrir en zonas donde se encuentran la corona abierta y la cerrada.

Uno de los objetivos de Solar Orbiter es probar la teoría de que el lento viento solar se origina en la corona cerrada y es capaz de escapar al espacio a través de este proceso de ruptura y reconexión de líneas de campo magnético.

Una forma en que el equipo científico pudo probar esta teoría fue midiendo la «composición» de las corrientes de viento solar.

La combinación de iones pesados ​​contenidos en el material solar difiere según su origen; la corona más caliente y cerrada frente a la más fría y abierta.

Utilizando los instrumentos a bordo del Solar Orbiter, el equipo pudo analizar la actividad que tiene lugar en la superficie del sol y luego compararla con las corrientes de viento solar recogidas por la nave espacial.

Utilizando las imágenes de la superficie del Sol capturadas por Solar Orbiter, pudieron determinar que las lentas corrientes de viento provenían de un área donde se unían la corona abierta y la cerrada, lo que demuestra la teoría de que el viento lento es capaz de escapar de las líneas cerradas del campo magnético. a través del proceso de ruptura y reconexión.

Como explica el Dr. Yardley, del grupo de investigación de Física Solar y Espacial de la Universidad de Northumbria, «La composición variable del viento solar medida en Solar Orbiter fue consistente con el cambio en la composición entre las fuentes de la corona.

«Los cambios en la composición de los iones pesados ​​junto con los electrones proporcionan una fuerte evidencia de que la variabilidad no sólo es impulsada por las diferentes regiones fuente, sino que también se debe a los procesos de reconexión que ocurren entre los circuitos cerrados y abiertos en la corona».

La misión Solar Orbiter de la ESA es una colaboración internacional en la que científicos e instituciones de todo el mundo trabajan juntos, aportando habilidades y equipos especializados.

Daniel Müller, científico del proyecto de la ESA para Solar Orbiter, dijo: «Desde el principio, un objetivo central de la misión Solar Orbiter ha sido vincular los eventos dinámicos en el Sol con su impacto en la burbuja de plasma circundante de la heliosfera.

«Para lograr esto, necesitamos combinar observaciones remotas del sol con mediciones in situ del viento solar a medida que pasa por la nave espacial. Estoy inmensamente orgulloso de todo el equipo por realizar estas complejas mediciones con éxito.

«Este resultado confirma que Solar Orbiter es capaz de establecer conexiones sólidas entre el viento solar y sus regiones fuente en la superficie solar. Este fue un objetivo clave de la misión y nos abre el camino para estudiar el origen del viento solar con un detalle sin precedentes. «

Entre los instrumentos a bordo del Solar Orbiter se encuentra el sensor de iones pesados ​​(HIS), desarrollado en parte por investigadores e ingenieros del Laboratorio de Investigación de Física Espacial de la Universidad de Michigan en el departamento de Ingeniería y Ciencias Espaciales y del Clima. El sensor fue diseñado para medir iones pesados ​​en el viento solar, que pueden usarse para determinar de dónde proviene el viento solar.

«Cada región del sol puede tener una combinación única de iones pesados, lo que determina la composición química de una corriente de viento solar.

«Debido a que la composición química del viento solar permanece constante a medida que viaja hacia el sistema solar, podemos usar estos iones como huella digital para determinar el origen de una corriente específica del viento solar en la parte inferior de la atmósfera del sol». dijo Susan Lepri, profesora de ingeniería y ciencias climáticas y espaciales en la Universidad de Michigan e investigadora principal adjunta del sensor de iones pesados.

Los electrones en el viento solar se miden mediante un Sistema Analizador de Electrones (EAS), desarrollado por el Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard de la UCL, donde el Dr. Yardley es miembro honorario.

El profesor Christopher Owen, de la UCL, dijo: «Los equipos de instrumentos pasaron más de una década diseñando, construyendo y preparando sus sensores para el lanzamiento, así como planificando la mejor manera de operarlos de manera coordinada. Por lo tanto, es muy gratificante ver ahora los datos se están reuniendo para revelar qué regiones del sol están impulsando el lento viento solar y su variabilidad».

El sensor Proton-Alpha (PAS), que mide la velocidad del viento, ha sido diseñado y desarrollado por el Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie de la Universidad Paul Sabatier en Toulouse, Francia.

Juntos, estos instrumentos forman el conjunto de sensores del Analizador de Viento Solar a bordo del Solar Orbiter, del cual el profesor Owen de la UCL es el investigador principal.

Hablando de futuros planes de investigación, el Dr. Yardley dijo: «Hasta ahora, sólo hemos analizado los datos de Solar Orbiter de esta manera para este intervalo en particular. Será muy interesante observar otros casos utilizando Solar Orbiter y también hacer una comparación con conjuntos de datos de otras misiones cercanas, como la sonda solar Parker de la NASA».