Por Yeimy J. Rivera, Michael L. Stevens y Samuel Badman, The Conversation
Nuestro Sol impulsa un flujo constante de plasma, o gas ionizado, llamado viento solar, que envuelve nuestro sistema solar. Fuera de la magnetosfera protectora de la Tierra, el viento solar más rápido se desplaza a velocidades de más de 500 kilómetros por segundo. Pero los investigadores no han podido averiguar cómo el viento obtiene suficiente energía para alcanzar esa velocidad… hasta ahora.
Nuestro equipo de heliofísicos publicó un artículo en agosto de 2024 que apunta a una nueva fuente de energía que impulsa el viento solar.
Descubrimiento del viento solar
El físico Eugene Parker predijo la existencia del viento solar en 1958. La sonda Mariner, con destino a Venus, confirmaría su existencia en 1962.
Desde la década de 1940 , los estudios habían demostrado que la corona solar, o atmósfera solar , podía calentarse hasta alcanzar temperaturas muy altas: más de 2 millones de grados Fahrenheit (o más de 1 millón de grados Celsius).
El trabajo de Parker sugirió que esta temperatura extrema podría crear una presión térmica externa lo suficientemente fuerte como para superar la gravedad y provocar que la capa exterior de la atmósfera del Sol se escape.
Sin embargo, pronto surgieron lagunas en la ciencia del viento solar, a medida que los investigadores fueron tomando mediciones cada vez más detalladas del viento solar cerca de la Tierra. En particular, encontraron dos problemas con la parte más rápida del viento solar.
En primer lugar, el viento solar siguió calentándose después de abandonar la corona caliente sin explicación alguna. E incluso con este calor adicional, el viento más rápido aún no tenía suficiente energía para que los científicos explicaran cómo pudo acelerar a velocidades tan altas.
Ambas observaciones significaban que debía existir alguna fuente de energía adicional más allá de los modelos de Parker.
Ondas de Alfvén
El sol y su viento solar son plasmas. Los plasmas son como los gases , pero todas las partículas que los componen tienen carga y responden a los campos magnéticos.
De manera similar a cómo las ondas sonoras viajan a través del aire y transportan energía en la Tierra, los plasmas tienen lo que se denomina ondas Alfvén que se mueven a través de ellos. Durante décadas se había predicho que las ondas Alfvén afectarían la dinámica del viento solar y desempeñarían un papel importante en el transporte de energía en el viento solar.
Sin embargo, los científicos no pudieron determinar si estas ondas realmente interactuaban directamente con el viento solar o si generaban suficiente energía para alimentarlo. Para responder a estas preguntas, tendrían que medir el viento solar muy cerca del sol.
En 2018 y 2020, la NASA y la Agencia Espacial Europea lanzaron sus respectivas misiones insignia: la sonda solar Parker y la sonda solar Solar Orbiter . Ambas misiones llevaban los instrumentos adecuados para medir las ondas de Alfvén cerca del sol.
La sonda Solar Orbiter se aventura entre 1 unidad astronómica , donde se encuentra la Tierra, y 0,3 unidades astronómicas, un poco más cerca del Sol que Mercurio. La sonda solar Parker se adentra mucho más . Se acerca hasta cinco diámetros solares del Sol, dentro de los bordes exteriores de la corona . Cada diámetro solar mide aproximadamente 865.000 millas (1.400.000 kilómetros).
Con ambas misiones operando juntas, investigadores como nosotros no sólo podemos examinar el viento solar cerca del sol, sino que también podemos estudiar cómo cambia entre el punto donde lo ve Parker y el punto donde lo ve Solar Orbiter.
Retornos magnéticos
En la primera aproximación de Parker al Sol, observó que el viento solar cerca del Sol era de hecho abundante en ondas de Alfvén .
Los científicos utilizaron el telescopio Parker para medir el campo magnético del viento solar . En algunos puntos, observaron que las líneas de campo (o líneas de fuerza magnética) se ondulaban con amplitudes tan altas que invertían brevemente su dirección. Los científicos llamaron a estos fenómenos ” retornos magnéticos” . Con el telescopio Parker, observaron estas fluctuaciones de plasma que contenían energía en todas partes del viento solar cercano al Sol.
Nuestro equipo de investigación quería averiguar si estas curvas contenían suficiente energía para acelerar y calentar el viento solar a medida que se alejaba del sol. También queríamos examinar cómo cambiaba el viento solar a medida que estas curvas cedían su energía. Eso nos ayudaría a determinar si la energía de las curvas se estaba utilizando para calentar el viento, para acelerarlo o para ambas cosas.
Para responder a estas preguntas, identificamos una configuración de nave espacial única en la que ambas naves cruzaron la misma porción de viento solar, pero a diferentes distancias del sol.
El secreto de las curvas cerradas
Parker, cerca del sol, observó que aproximadamente el 10% de la energía eólica solar se encontraba en las curvas magnéticas, mientras que Solar Orbiter la midió en menos del 1%. Esta diferencia significa que entre Parker y Solar Orbiter, esta energía de las olas se transfirió a otras formas de energía.
Realizamos algunos modelos , de forma similar a lo que había hecho Eugene Parker . Nos basamos en implementaciones modernas de los modelos originales de Parker e incorporamos la influencia de la energía de las olas observadas a estas ecuaciones originales.
Al comparar ambos conjuntos de datos y los modelos, pudimos ver específicamente que esta energía contribuía tanto a la aceleración como al calentamiento. Sabíamos que contribuía a la aceleración porque el viento era más rápido en Solar Orbiter que en Parker. Y sabíamos que contribuía al calentamiento, ya que el viento era más caliente en Solar Orbiter de lo que habría sido si las olas no estuvieran presentes.
Estas mediciones nos indicaron que la energía de los cambios de dirección era necesaria y suficiente para explicar la evolución del viento solar a medida que se aleja del sol.
Nuestra medición no sólo informa a los científicos sobre la física del viento solar y cómo el Sol puede afectar a la Tierra, sino que también puede tener implicaciones en todo el universo.
Muchas otras estrellas tienen vientos estelares que transportan su material al espacio. Comprender la física del viento solar de nuestra estrella local también nos ayuda a comprender el viento estelar en otros sistemas. Aprender sobre el viento estelar podría brindarles a los investigadores más información sobre la habitabilidad de los exoplanetas .
Proporcionado por The Conversation
