El Orbitador Solar: convirtiendo imágenes en física.

La misión ‘Orbitador Solar’ está haciendo las primeras conexiones directas entre los eventos en la superficie solar y el espacio interplanetario alrededor de la nave espacial. También nos está brindando nuevos conocimientos sobre las ‘fogatas’ solares, el clima espacial y los cometas en desintegración.

“No podría estar más satisfecho con el rendimiento de ‘Solar Orbiter’ y los diversos equipos que lo mantienen en funcionamiento y sus instrumentos”, dijo Daniel Müller. Él es científico del proyecto Solar Orbiter de la ESA.

«Este año ha sido un verdadero esfuerzo de equipo en circunstancias difíciles; ahora estamos empezando a ver que esos esfuerzos realmente están dando sus frutos».

Los diez instrumentos científicos del Orbitador Solar se dividen en dos grupos. Hay seis telescopios de teledetección y cuatro instrumentos in situ. Los instrumentos de teledetección miran al Sol y su atmósfera extendida, la corona. Los instrumentos in situ miden las partículas alrededor de la nave espacial. Estas han sido liberadas por el Sol y se conocen como viento solar, junto con sus campos magnéticos y eléctricos. Rastrear el origen de esas partículas y sus campos hasta la superficie solar es uno de los objetivos clave de Solar Orbiter.

Durante el primer pasaje cercano al Sol del Orbitador Solar, tanto los instrumentos de detección remota como in situ registraron datos. Dicho pasaje tuvo lugar el 15 de Junio y vio la nave espacial acercarse a 77 millones de kilómetros.

El Viento Solar. Esta película muestra la región de origen calculada del viento solar que posteriormente alcanzó al Orbitador Solar. Más información.
Crédito: Solar Orbiter/EUI Team/ ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL, LFO/IO; Imperial College

Huellas del viento solar

Los datos del Orbitador Solar han hecho posible calcular la región de origen del viento solar que golpea la nave espacial. También además, identificar esta ‘huella’ en las imágenes de detección remota. En un ejemplo estudiado en Junio de 2020, la huella se ve en el borde de una región llamada ‘agujero coronal’. Allí el campo magnético del Sol llega al espacio, permitiendo que fluya el viento solar.

Aunque el trabajo es preliminar, todavía está más allá de todo lo que ha sido posible hasta ahora.

“Nunca antes habíamos podido hacer un mapeo tan preciso”, dice Tim Horbury, del Imperial College de Londres. Él es el presidente del Grupo de Trabajo In-Situ del Orbitador Solar.

Física de fogatas

El Orbitador Solar también tiene nueva información sobre las ‘fogatas’ del Sol que captaron la atención del mundo a principios de este año.

Las primeras imágenes de la misión mostraron una multitud de lo que parecían ser pequeñas erupciones solares que estallaban en la superficie del Sol. Los científicos las llamaron fogatas porque aún no se conoce la energía exacta asociada con estos eventos. Sin la energía, aún no está claro si son el mismo fenómeno que otros eventos eruptivos de menor escala vistos por otras misiones. Lo que hace que todo sea tan tentador es que durante mucho tiempo se pensó que existían ‘nano-llamaradas’ a pequeña escala en el Sol. Pero nunca antes habíamos tenido los medios para ver eventos tan pequeños.

“Las fogatas podrían ser las nano-llamaradas que buscamos con el Orbitador Solar”, dijo Frédéric Auchère. Él es mienbro del’ Institut d’Astrophysique Spatiale’, Orsay, Francia, y Presidente del Grupo de Trabajo de Teledetección del Orbitador Solar.

Fogatas solares. Una imagen de alta resolución del Extreme Ultraviolet Imager (EUI) en la nave espacial Solar Orbiter de la ESA. Fue tomada con el telescopio HRIEUV el 30 de Mayo de 2020. El círculo en la esquina inferior izquierda indica el tamaño de la Tierra para la escala. La flecha apunta a una de las características omnipresentes de la superficie solar, llamadas «fogatas» y revelada por primera vez por estas imágenes.
Créditos: Solar Orbiter/EUI Team/ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL

Las fogatas solares y el calentamiento de la corona

Esto es importante porque se teoriza que las nano-llamaradas son responsables de calentar la corona, la atmósfera exterior del Sol. Un hecho aún no explicado es que la corona tiene aproximadamente un millón de grados Celsius mientras que la superficie tiene solo unos 5000 grados. Este sigue siendo uno de los problemas más desconcertantes de la Física Solar actual. Investigar este misterio es uno de los objetivos científicos clave del Orbitador Solar .

Para explorar la idea, los investigadores han estado analizando datos con el instrumento SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment) del Orbitador Solar. SPICE está diseñado para revelar la velocidad del gas en la superficie solar. Ha demostrado que de hecho hay eventos a pequeña escala en los que el gas se mueve con una velocidad significativa. Pero aún no se ha buscado una correlación con las fogatas.

“En este momento, solo tenemos datos de puesta en servicio, tomados cuando los equipos aún estaban aprendiendo el comportamiento de sus instrumentos en el espacio. Entonces los resultados son muy preliminares. Pero claramente, vemos cosas muy interesantes”, dijo Frédéric. «El Orbitador Solar tiene que ver con el descubrimiento, y eso es muy emocionante».

Surfeando la cola de un cometa

Además del progreso hacia los objetivos científicos planeados del Orbitador Solar , en la nave espacial también ha habido ciencia fortuita.

Poco después del lanzamiento del Orbitador Solar, se notó que volaría aguas abajo del cometa ATLAS, pasando por sus dos colas. El Orbitador Solar no fue diseñado para tal encuentro, y no debía tomar datos científicos en ese momento. Sin embargo los expertos de la misión trabajaron para asegurarse de que todos los instrumentos in situ registraran el encuentro único.

Pero la naturaleza tenía un truco más que jugar: el cometa se desintegró antes de que la nave espacial se acercara. Entonces, en lugar de las esperadas señales fuertes de las colas, era muy posible que la nave espacial no viera nada en absoluto.

Ese no fue el caso. El Orbitador Solar vio firmas en los datos del cometa ATLAS, pero no el tipo de cosas que los científicos normalmente esperarían. En lugar de un fuerte cruce de cola único, la nave espacial detectó numerosos episodios de ondas en los datos magnéticos. También detectó polvo en parches. Este probablemente se liberó del interior del cometa cuando se dividió en muchos pedazos pequeños.

“Esta es la primera vez que esencialmente viajamos a través de la estela de un cometa que se desintegra”, dice Tim. «Hay muchos datos realmente interesantes allí, y es otro ejemplo del tipo de ciencia fortuita de alta calidad que podemos hacer con el Orbitador Solar».

El valor de los datos de partículas de una órbita. El diagrama muestra el flujo de partículas capturadas por la nave espacial durante su primera órbita. El Energetic Particle Detector (EPD) del Orbitador Solar se ha encendido y recopila datos desde Marzo de 2020. Ahora ha recopilado los datos de una órbita completa. EPD mide las partículas energéticas que pasan por la nave espacial. Examina su composición y variación en el tiempo. Los datos ayudarán a los científicos a investigar las fuentes, los mecanismos de aceleración y los procesos de transporte de estas partículas. Más información.
Crédito: Solar Orbiter/EPD (ESA & NASA).

Siguiendo una Eyección de Masa Coronal (CME)

El Orbitador Solar midió el viento solar durante gran parte de su tiempo en el espacio, registrando una serie de eyecciones de partículas del Sol. Luego, el 19 de Abril, una eyección de masa coronal particularmente interesante barrió al Orbitador Solar.

Una eyección de masa coronal, o CME(Coronal Mass Ejection), es un gran evento meteorológico espacial. En una CME se pueden expulsar miles de millones de toneladas de partículas de la atmósfera exterior del Sol. Durante esta CME en particular, el Orbitador Solar recorrió aproximadamente el veinte por ciento del camino desde la Tierra hasta el Sol. Dicha CME salió del Sol el 14 de Abril.

Detecciones multipunto de una eyección de masa coronal. Unos meses después del su lanzamiento en Febrero, el Orbitador Solar midió los efectos de una eyección de masa coronal (CME) que provenía del Sol. Medidas de otras naves espaciales de la ESA y la NASA permitieron trazar la evolución de la CME durante su travesía Sol – Tierra, de cinco días. Más información. Crédito: ESA.

Observando con varias naves espaciales

Solar Orbiter no fue la única nave espacial que observó este evento. La misión ‘BepiColombo Mercury’ de la ESA estaba volando cerca de la Tierra en ese momento. También había una nave espacial solar de la NASA llamada STEREO situada a unos noventa grados de la línea directa Sol-Tierra. STEREO miraba directamente a través del área del espacio por la que viajaba la CME. Observó el impacto de la CME sobre el Orbitador Solar y luego contra BepiColombo y la Tierra. Combinando las mediciones de todas las naves, los investigadores pudieron estudiar la forma en que evolucionó la CME a medida que viajaba por el espacio.

Esto se conoce como ciencia multipunto. Hay una cantidad de naves espaciales ahora en el Sistema Solar Interior. Entonces la ciencia multipunto se convertirá en una herramienta cada vez más poderosa en nuestra búsqueda para comprender el viento solar y el clima espacial.

“Podemos mirarla de forma remota, podemos medirla in situ y podemos ver cómo cambia una CME a medida que viaja hacia la Tierra”, dice Tim.

Quizás tan intrigantes como las naves espaciales que vieron el evento, fueron las que no lo hicieron. La nave espacial SOHO de la ESA-NASA, situada frente a la Tierra observando constantemente al Sol en busca de CME como esta, apenas la registró. Esto coloca al evento del 19 de Abril en una clase rara de eventos climáticos espaciales, denominados CME sigilosas. Estudiar estos eventos más esquivos nos ayudará a comprender el clima espacial de manera más completa.

La asistencia gravitatoria de Venus y la observación conjunta del Sol con la Sonda Parker

Sobrevuelo de Venus del Orbitador Solar. Impresión artística del Orbitador Solar haciendo un sobrevuelo en Venus. El Orbitador Solar realizará numerosos sobrevuelos asistidos por gravedad de Venus (y uno de la Tierra) durante el transcurso de su misión. Esto es para ajustar su órbita, acercándolo al Sol y también fuera del plano del Sistema Solar para observar el Sol progresivamente desde inclinaciones más altas. Esto permitirá que la nave espacial pueda tomar las primeras imágenes de las regiones polares del Sol, algo crucial para comprender cómo ‘funciona’ el astro. Crédito: Medialab de la ESA / ATG.

En los próximos años, aumentarán las oportunidades para la ciencia multipunto. El 27 de Diciembre, el Orbitador Solar completará su primer sobrevuelo de Venus. Este evento utilizará la gravedad del planeta para acercar la nave espacial al Sol, poniendo al Orbitador Solar en una posición aún mejor. Esta última es necesaria para las mediciones conjuntas con la sonda solar Parker de la NASA, que también completará dos sobrevuelos de Venus en 2021.

Los misterios del Sol. Accede al video.
Crédito: ESA – European Space Agency.

Mientras Parker realiza mediciones in situ desde el interior de la atmósfera solar, el Orbitador Solar tomará imágenes de la misma región. Juntas, las dos naves espaciales darán tanto los detalles como el panorama general.

“2021 será un momento emocionante para el Orbitador Solar”, dice Teresa Nieves-Chinchilla, científica del Proyecto Orbitador Solar de la NASA. “Para fin de año, todos los instrumentos estarán trabajando juntos en modo científico completo, y nos estaremos preparando para acercarnos aún más al Sol”.

En 2022, el Orbitador Solar se acercará a 48 millones de kilómetros de la superficie del Sol, más de 20 millones de kilómetros más cerca de lo que estará en 2021.

Fuente: European Space Agency, ESA.

Artículo original: «Solar Orbiter: turning pictures into physics«. Dec 12, 2020.

Material relacionado

Sobre las ‘fogatas solares’

El generador de imágenes polarimétricas y heliosísmicas (PHI) en el Orbitador Solar de la ESA mide el campo magnético cerca de la superficie del Sol. Esto permite la investigación del interior del Sol a través de la técnica de heliosismología. 
En estas imágenes, el PHI revela la amplitud de información que puede desbloquear.

La explicación de cada una de las imágenes la encuentras aquí.
Crédito: Orbitador Solar / Equipo PHI / ESA y NASA
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Las primeras imágenes del Orbitador Solar, una nueva misión de observación del Sol de la ESA y la NASA, revelaron erupciones solares en miniatura omnipresentes. Son denominadas «fogatas» y están cerca de la superficie de nuestra estrella más cercana.

Estas fogatas son totalmente insignificantes por sí mismas. Pero sumando su efecto en todo el Sol, podrían ser la contribución dominante al calentamiento de la corona solar.

El siguiente artículo lo presenta y contiene una selección de recursos sobre todas las misiones en curso que están observando el Sol.

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