Los eclipses solares totales y la misión ACE arrojan luz sobre el viento solar

Un grupo de científicos solares conocidos como los «Sherpas del viento solar», han viajado hasta los confines del planeta para observar científicamente los eclipses solares totales. Pero hacerlo no es fácil. El grupo liderado por Shadia Habbal, ha tenido que, desde atravesar dunas de arena en el Sahara hasta vigilar osos polares en el Ártico. Dichos eclipses son los momentos fugaces en los que la Luna bloquea completamente al Sol, convirtiendo temporalmente el día en noche. Con las imágenes, han hecho un hallazgo sorprendente sobre el viento del Sol y su tenue atmósfera exterior, la corona. Esta última solo es visible en su totalidad durante un eclipse.

Basados en más de una década de observaciones de eclipses totales en todo el mundo, el equipo notó que la corona mantiene una temperatura bastante constante. Esto tiene lugar a pesar de los cambios dinámicos en la región que ocurren en una rotación de 11 años conocida como ciclo solar. Similarmente, el viento solar, el flujo constante de partículas que el Sol libera de la corona al Sistema Solar, tiene la misma temperatura.

«La temperatura en las fuentes del viento solar en la corona es casi constante durante todo el ciclo solar», dijo Shadia Habbal. Ella es una investigadora solar de la Universidad de Hawai que dirigió el estudio. «Este hallazgo es inesperado porque las estructuras coronales son impulsadas por cambios en la distribución de plasmas magnetizados en la corona. Distribuciones que varían mucho a lo largo del ciclo solar magnético de 11 años».

Utilidad de los hallazgos

Los nuevos hallazgos, publicados en Astrophysical Journal Letters , están ayudando a los científicos a comprender mejor el viento solar. Este es un componente clave del clima espacial que puede afectar el hardware electrónico y las actividades de los astronautas en el espacio. Los resultados también podrían ayudar a los científicos a comprender un antiguo misterio solar. Este consiste en cómo la corona llega a ser un millón de grados más caliente que las capas atmosféricas inferiores.

Más que imágenes bonitas

Los filtros especiales permiten a los científicos medir diferentes temperaturas en la corona durante los eclipses solares totales. Tal es el caso de este observado en Mitchell, Oregón, el 21 de Agosto de 2017. La luz roja es emitida por partículas de hierro cargadas a 820 mil ºC y las verdes son las de1,64 millones de ºC.
Créditos: Imagen producida por M. Druckmuller y publicada en Habbal et al. 2021.

Los científicos han utilizado los eclipses solares totales durante más de un siglo para aprender más sobre nuestro universo, lo que incluye varios logros. Desde descifrar la estructura del Sol y los eventos explosivos, encontrar evidencia de la teoría de la relatividad general a incluso descubrir un nuevo elemento: el helio. Los instrumentos llamados coronógrafos pueden imitar eclipses. Sin embargo, no son lo suficientemente buenos para acceder a la extensión completa de la corona que se revela durante un eclipse solar total. En cambio, los astrónomos deben viajar a regiones remotas de la Tierra para observar la corona durante los eclipses. Estos ocurren aproximadamente cada 12 a 18 meses y solo duran unos minutos.

Con viajes a Australia, Libia, Mongolia, Oregón y más allá, el equipo reunió 14 años de imágenes de eclipses solares totales de alta resolución. Capturaron los eclipses usando cámaras equipadas con filtros especializados para ayudarlos a medir las temperaturas de las partículas de la parte más interna de la corona. Ellas son las fuentes del viento solar.

Captando la luz de los iones de Hierro en la corona

Una vista de cerca de una prominencia (las áreas rosadas): la estructura magnética más fría y compleja de la corona. 
Las prominencias están directamente relacionadas con los arcos calientes superpuestos (los bucles grises) en la corona. 
Su dinámica impulsa el viento solar variable y las erupciones llamadas eyecciones de masa coronal. 
También se cree que las prominencias están directamente relacionadas con los cambios regionales de temperatura en la corona a lo largo de un ciclo solar. Esto se debe, a que aumentan con la actividad solar.
Créditos: Habbal et al. 2021

Los investigadores utilizaron la luz emitida por dos tipos comunes de partículas de hierro cargadas en la corona para determinar la temperatura del material allí. Los resultados mostraron algo sobre la cantidad de partículas más frías, que eran más abundantes y contribuían con la mayor parte del material del viento solar. Inesperadamente eran sorprendentemente consistentes en diferentes momentos durante el ciclo solar. El material escaso más caliente varió mucho más con el ciclo solar, mientras que la velocidad del viento solar varió de 296 a 696 kilómetros por segundo.

«Significa que lo que esté calentando la mayor parte de la corona y el viento solar no depende mucho del ciclo de actividad del Sol». Eso expresó Benjamin Boe, investigador solar de la Universidad de Hawai involucrado en la nueva investigación.

El hallazgo es sorprendente. Sugiere que, si bien la mayoría del viento solar se origina en fuentes que tienen una temperatura aproximadamente constante, puede tener velocidades tremendamente diferentes. «Así que ahora la pregunta es, ¿qué procesos mantienen la temperatura de las fuentes del viento solar en un valor constante?» dijo Habbal.

El Sol dinámico

El equipo también comparó los datos del eclipse con las mediciones tomadas del Explorador de Composición Avanzada de la NASA, o ACE. Esta nave espacial se encuentra en el espacio a 1,6 millones de kilómetros de la Tierra en la dirección del Sol.

ACE también fue esencial para revelar las propiedades del componente dinámico del viento solar. Las velocidades variables del viento dinámico se distinguieron por la variabilidad de los estados de carga del hierro asociados con ellas. Los datos de ACE mostraron algo importante sobre las velocidades de las partículas vistas en el viento solar variable. Estas cambiaron en relación con los estados de carga del hierro asociados con ellas. Se descubrió que las capas de alta temperatura alrededor de eventos llamados prominencias, eran responsables del viento dinámico y la eyección de masa coronal ocasional. Dichas capas fueron descubiertas durante los eclipses. Una eyección de masa coronal es una gran nube de plasma solar y campos magnéticos incrustados liberados al espacio después de una erupción solar.

El equipo no sabe por qué las fuentes del viento solar están a la misma temperatura. Creen que las velocidades varían según la densidad de la región en la que se originaron. La densidad a su vez, está determinada por el campo magnético subyacente. Las partículas de vuelo rápido provienen de regiones de baja densidad y las más lentas de regiones de alta densidad. Es probable que esto se deba a que la energía se distribuye entre todas las partículas de una región. Entonces, en áreas donde hay menos partículas, hay más energía para cada partícula individual. Esto es similar a dividir un pastel de cumpleaños: si hay menos personas, hay más pastel para cada persona.

Conclusión y enfoque futuro

Estos hallazgos brindan nuevos conocimientos sobre las propiedades del viento solar, que es un componente clave del clima espacial. Este último puede afectar los satélites de comunicación espaciales y las plataformas de observación astronómica. El equipo planea continuar viajando por el mundo para observar los eclipses solares totales. Esperan que sus esfuerzos eventualmente arrojen una nueva luz sobre el antiguo misterio solar. ¿Cómo la corona alcanza una temperatura de un millón de grados, mucho más caliente que la superficie solar?

Lecturas recomendadas

Fuente: NASA’s Goddard Space Flight Center.

Artículo original: «Total Solar Eclipses Shine a Light on the Solar Wind with Help from NASA’s ACE Mission«.  Mara Johnson-Groh. June 18, 2021.

Material relacionado

Fuente de partículas peligrosas de alta energía ubicadas en el Sol

Una eyección de masa coronal, o CME, que entró en erupción en el espacio el 31 de Agosto de 2012. Aquí se muestra una versión combinada de las longitudes de onda 171 y 304 angstrom tomadas del Observatorio de Dinámica Solar (SDO). 
Fuente:
 Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA. 
Crédito: NASA / GSFC / SDO
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La fuente de partículas solares potencialmente peligrosas, liberadas por el Sol a alta velocidad durante tormentas en su atmósfera exterior, ha sido localizada por primera vez.  El siguiente artículo lo presenta.

El Orbitador Solar: convirtiendo imágenes en física.

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.

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.

Sobre la Corona Solar:

 ¿Cuál es el mecanismo que mantiene a por lo menos 1 millón de grados a la Corona?

¿Cuál es el interés científico de un eclipse solar total?

Sobre el aporte que pueden hacer los aficionados

 Agrandar imagen. Las observaciones con pequeños telescopios han proporcionado esta hermosa vista de la Corona Solar durante un eclipse solar en el 2013. Estos datos han ayudado a los investigadores a comprender mejor qué es lo que le da forma a la estructura a gran escala de la Corona. Crédito: Alzate et al., 2017.

Parece que la ciencia se está utilizando cada vez más, detectores avanzados en enormes telescopios terrestres y espaciales. Uno podría preguntarse: ¿queda algo por aprender de las observaciones realizadas con cámaras digitales montadas en telescopios de ~ 10 cm?

El artículo a continuación lo aborda

Curiosidades

¿Por cuánto tiempo más podremos observar eclipses solares totales desde la Tierra?

En este momento, la Luna llena más grande (perigeo) parece más grande que el Sol en el cielo en todas las épocas del año. 
Sin embargo, con el tiempo, la Luna se alejará, lo que hará que su diámetro angular se reduzca. 
Cuando la Luna llena en en el perigeo sea más pequeña que el Sol, ya no podrán ocurrir eclipses solares totales.

Crédito: EHSAN ROSTAMIZADEH DE ASTROBIN.
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