La sonda Parker encuentra la fuente del viento solar mientras vuela en su contra

La sonda Parker Solar Probe de la NASA ha volado lo suficientemente cerca del sol como para detectar la fina estructura del viento solar cerca de donde se genera en la superficie del sol.

Revela detalles que se pierden cuando el viento sale de la corona como una ráfaga uniforme de partículas cargadas. Es como ver los chorros de agua que emanan de la alcachofa de una ducha a través del chorro de agua que te golpea en la cara, explican los autores del estudio publicado en la revista ‘Nature’.

El equipo de científicos dirigido por Stuart D. Bale, catedrático de Física de la Universidad de California en Berkeley, y James Drake, de la Universidad de Maryland-College Park, ambas en Estados Unidos, anuncian de que la PSP ha detectado corrientes de partículas de alta energía que coinciden con los flujos de supergranulación dentro de los agujeros coronales, lo que sugiere que éstas son las regiones donde se origina el llamado viento solar “rápido”.

Los agujeros coronales son zonas en las que las líneas de campo magnético emergen de la superficie sin hacer un bucle hacia el interior, formando así líneas de campo abiertas que se expanden hacia fuera y llenan la mayor parte del espacio alrededor del sol.

Estos agujeros suelen estar en los polos durante los periodos de calma del sol, por lo que el rápido viento solar que generan no golpea la Tierra, pero cuando el Sol se activa cada 11 años al invertirse su campo magnético, estos agujeros aparecen por toda la superficie, generando ráfagas de viento solar dirigidas directamente a la Tierra.

Entender cómo y dónde se origina el viento solar ayudará a predecir las tormentas solares que, si bien producen hermosas auroras en la Tierra, también pueden causar estragos en los satélites y la red eléctrica.

“Los vientos transportan mucha información del Sol a la Tierra, por lo que comprender el mecanismo que hay detrás del viento solar es importante por razones prácticas en la Tierra –explica Drake en un comunicado–. Eso afectará a nuestra capacidad para entender cómo el sol libera energía e impulsa las tormentas geomagnéticas, que son una amenaza para nuestras redes de comunicación”.

Según el análisis del equipo, los agujeros coronales son como cabezales de ducha, con chorros espaciados de forma aproximadamente uniforme que emergen de puntos brillantes donde las líneas de campo magnético se canalizan dentro y fuera de la superficie del sol. Sostienen que cuando los campos magnéticos de dirección opuesta se cruzan en estos embudos, que pueden tener 18.000 millas de diámetro, los campos se rompen y vuelven a conectarse, lanzando partículas cargadas fuera del sol.

“La fotosfera está cubierta por células de convección, como en una olla de agua hirviendo, y el flujo de convección a mayor escala se denomina supergranulación –explica Bale–. Donde estas células de supergranulación se encuentran y van hacia abajo, arrastran el campo magnético en su camino hacia esta especie de embudo descendente. El campo magnético se intensifica mucho allí porque está atascado. Es una especie de cuchara de campo magnético bajando hacia un desagüe. Y la separación espacial de esos pequeños desagües, esos embudos, es lo que estamos viendo ahora con los datos de la sonda solar”.

Basándose en la presencia de algunas partículas de energía extremadamente alta que PSP ha detectado –partículas que viajan de 10 a 100 veces más rápido que el promedio del viento solar– los investigadores concluyen que el viento sólo podría ser hecho por este proceso, que se llama reconexión magnética.

Parker se puso en marcha en 2018 principalmente para resolver dos explicaciones contradictorias sobre el origen de las partículas de alta energía que componen el viento solar: reconexión magnética o aceleración por plasma u ondas de Alfvén.

“La gran conclusión es que es la reconexión magnética dentro de estas estructuras de embudo la que está proporcionando la fuente de energía del viento solar rápido –subraya Bale–. No procede simplemente de todas partes en un agujero coronal, sino que está subestructurada dentro de los agujeros coronales a estas células de supergranulación. Procede de estos pequeños haces de energía magnética que están asociados a los flujos de convección. Nuestros resultados, creemos, son una fuerte evidencia de que es la reconexión la que está haciendo eso”, destaca.

Las estructuras de embudo corresponden probablemente a los brillantes ‘jetlets’ que pueden verse desde la Tierra dentro de los agujeros coronales, según informó recientemente Nour Raouafi, coautor del estudio y científico del proyecto Parker Solar Probe en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins. El APL diseñó, construyó, gestiona y opera la nave espacial.

Cuando el viento solar llega a la Tierra, a 150 millones de kilómetros del sol, se ha convertido en un flujo homogéneo y turbulento de campos magnéticos entrelazados con partículas cargadas que interactúan con el propio campo magnético de la Tierra y vierten energía eléctrica en la atmósfera superior.

Esto excita los átomos, produciendo auroras de colores en los polos, pero tiene efectos que se filtran hacia la atmósfera terrestre. Predecir los vientos más intensos, llamados tormentas solares, y sus consecuencias cerca de la Tierra es una de las misiones del programa Living With a Star de la NASA, que financió la misión.

La sonda se diseñó para determinar el aspecto de este viento turbulento allí donde se genera cerca de la superficie del Sol, o fotosfera, y cómo se aceleran las partículas cargadas del viento -protones, electrones e iones más pesados, principalmente núcleos de helio- para escapar de la gravedad solar. Para ello, Parker tuvo que acercarse a más de 25 ó 30 radios solares, es decir, a unos 13 millones de kilómetros.

“Una vez por debajo de esa altitud, 25 o 30 radios solares más o menos, hay mucha menos evolución del viento solar, y está más estructurado: se ven más las huellas de lo que había en el sol”, explica Bale.

En 2021, los instrumentos de Parker registraron cambios en el campo magnético de las ondas Alfvén que parecían estar asociados a las regiones donde se genera el viento solar. Para cuando la sonda llegó a unos 12 radios solares de la superficie del sol, los datos dejaban claro que la sonda estaba atravesando chorros de material, en lugar de meras turbulencias. Bale, Drake y sus colegas rastrearon estos chorros hasta las células de supergranulación de la fotosfera, donde los campos magnéticos se agrupan y se canalizan hacia el sol.

El hecho de que Parker detectara partículas de energía extremadamente alta en estos chorros –de decenas a cientos de kiloelectronvoltios (keV), frente a los pocos keV de la mayoría de las partículas del viento solar– indicó a Bale que tiene que ser la reconexión magnética la que acelere las partículas y genere las ondas de Alfvén, que probablemente den a las partículas un impulso adicional.

“Nuestra interpretación es que estos chorros de reconexión excitan las ondas de Alfvén a medida que se propagan –detalla Bale–. Se trata de una observación bien conocida en la magnetocola de la Tierra, donde se dan procesos similares. No entiendo cómo la amortiguación de ondas puede producir estas partículas calientes de hasta cientos de keV, mientras que surge de forma natural del proceso de reconexión. Y también lo vemos en nuestras simulaciones”, añade.

Parker no podrá acercarse al Sol más de 8,8 radios solares por encima de la superficie –unos 6 millones de kilómetros– sin freír sus instrumentos. Bale espera consolidar las conclusiones del equipo con datos obtenidos a esa altitud, aunque el Sol está entrando ahora en el máximo solar, cuando la actividad se vuelve mucho más caótica y puede oscurecer los procesos que los científicos intentan observar.