Sondas solares ayudan a comprender cómo se impulsa el viento solar Copiar al portapapeles

Durante décadas se ha mantenido la pregunta entre la comunidad astronómica sobre el origen de la energía que calienta y acelera el viento solar. Actualmente dos sondas estudian de cerca al Sol y sus datos permiten explicar este fenómeno.

Un artículo publicado recientemente en la revista Science compara datos de la Sonda Solar Parker y el Orbitador Solar. Con ellos es posible señalar a las ondas Alfvén como las impulsoras del viento solar.

Datos in situ para resolver un viejo enigma

El viento solar es una corriente constante de partículas cargadas que escapa de la atmósfera solar, también conocida como corona. El viento solar recorre el sistema solar y pasa alrededor de la Tierra. Cuando choca con la atmósfera terrestre produce las auroras que atraen a muchos turistas a latitudes altas.

Los vientos solares rápidos alcanzan velocidades alrededor de 500 kilómetros por segundo, que equivalen a 1.8 millones de kilómetros por hora. Un detalle curioso es que en la corona solar este viento tiene velocidades más bajas. 

Al expandirse, el viento solar se enfría y se vuelve menos denso. Algo similar ocurre en la Tierra cuando se sube a grandes alturas como montañas. Una diferencia importante es que el viento solar se enfría más lento de lo esperado si únicamente participara este efecto.

Los datos de las sondas solares activas apuntan en una dirección. Para el estudio se recurrió a datos de la Sonda Solar Parker de la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio estadounidense (NASA). También se utilizaron datos del Orbitador Solar de la Agencia Espacial Europea.

La evidencia apunta hacia oscilaciones de gran escala en el campo magnético del Sol. Estas se conocen como las ondas Alfvén.

“Antes de este trabajo se había sugerido que las ondas de Alfvén eran una fuente potencial de energía, pero no teníamos pruebas definitivas”, explica en un comunicado de la ESA Yeimy Rivera.

La Doctora Rivera trabaja para el Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian en Massachusetts. Ella fue coautora principal del estudio.

En la atmósfera terrestre con gas ordinario las únicas ondas que se transmiten son las de sonido. Bajo temperaturas extraordinariamente altas como las del Sol, aparece un estado electrificado que se conoce como plasma y responde a los campos magnéticos.

Las ondas Alfvén se forman en el campo magnético. Ellas almacenan energía y la transportan de forma eficiente a través del plasma.

En un gas normal la energía se almacena en forma de densidad, temperatura y velocidad. Para el plasma hay una diferencia importante, el campo magnético también almacena energía. 

Una alineación especial cerca del Sol

Tanto la Sonda Solar Parker como el Orbitador Solar tienen instrumentos que miden las propiedades del plasma. Esto incluye a su campo magnético. Ambas sondas mantienen órbitas muy diferentes. Sin embargo, en febrero de 2022 se alinearon con la misma corriente de viento solar.

La sonda Solar Solar Parker es la que se ubica a menor distancia del Sol, aproximadamente a 9 millones de kilómetros de su superficie. Por su parte, el Orbitador Solar mantiene una distancia de aproximadamente 89 millones de kilómetros. La corriente de viento solar pasó casi con un día de diferencia entre ambas.

Esta alineación permitió que se midiera la misma corriente de plasma desde dos puntos distintos. Para comenzar se transformaron las mediciones en cuatro magnitudes clave de energía. Estas incluían a la energía almacenada en el campo magnético, que se conoce como flujo de energía de onda.

La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Esto permitió a los investigadores tener un punto de comparación en las mediciones de ambas sondas solares. Compararon las magnitudes con y sin la energía magnética.

“Encontramos que si no incluimos el flujo de energía de la onda en Parker, no coincidimos con la cantidad de energía que tenemos en Solar Orbiter”, explica Samuel Badman, también del Centro de Astrofísica, Harvard y Smithsonian. Él participó como coautor principal.

La Sonda Solar Parker que está más cerca del Sol registró alrededor de 10% de la energía total en el campo magnético de la corriente de viento solar. Cuando alcanzó al Orbitador Solar, la energía en el campo magnético se había reducido a 1%. Para ese momento el plasma se había acelerado y se enfriaba más lento de lo esperado.

Los investigadores concluyen que la pérdida de energía magnética impulsó la aceleración del viento solar. Al mismo tiempo detuvo el enfriamiento del plasma ofreciendo parte de su calor.

Un descubrimiento local que va más allá

“Este nuevo trabajo reúne hábilmente algunas piezas grandes del rompecabezas solar. Cada vez más, la combinación de datos recogidos por el Solar Orbiter, Parker Solar Probe y otras misiones nos está mostrando que diferentes fenómenos solares realmente trabajan juntos para construir este extraordinario entorno magnético”, afirma Daniel Müller. Él es científico en el proyecto Orbitador Solar de la ESA.

De acuerdo con Samuel Badman, este descubrimiento nos puede ayudar a comprender a otras estrellas similares al Sol y quizá algunos otros tipos. Al ser nuestra estrella anfitriona es la única que podemos estudiar directamente pero nos puede decir mucho sobre lo que ocurre en el universo.