La Sonda Solar Parker toca el Sol por primera vez y aporta nuevos descubrimientos

La Sonda Solar Parker toca el Sol.
Crédito: NASA / Johns Hopkins APL / Ben Smith.

Un hito importante y los nuevos resultados de la Sonda Solar Parker de la NASA se anunciaron el 14 de Diciembre en una conferencia de prensa en la Reunión de Otoño de la Unión Geofísica Estadounidense de 2021 en Nueva Orleans. Los resultados han sido aceptados para su publicación en Physical Review Letters y Astrophysical Journal.

Por primera vez en la historia, una nave espacial ha tocado el Sol. La Sonda Solar Parker de la NASA ahora ha volado a través de la atmósfera superior del Sol, llamada corona, muestreando partículas y caracterizando los campos magnéticos en este entorno dinámico.

El nuevo hito marca un gran paso para la Sonda Solar Parker y un gran paso para la ciencia solar. Así como el aterrizaje en la Luna permitió a los científicos comprender cómo se formó, tocar el Sol está ayudando a los científicos a descubrir información crítica sobre nuestra estrella más cercana y su influencia en el Sistema Solar.

«La Sonda Solar Parker ‘tocando el Sol’ es un momento monumental para la ciencia solar y una hazaña verdaderamente notable», dijo Thomas Zurbuchen, Administrador Asociado de la Dirección de Misiones Científicas en la Sede de la NASA en Washington. «Este hito no solo nos proporciona una visión más profunda de la evolución de nuestro Sol y sus impactos en nuestro Sistema Solar, sino que todo lo que aprendemos sobre nuestra propia estrella también nos enseña más sobre las estrellas en el resto del universo».

A medida que se acerca a la superficie solar, la Sonda Solar Parker, construida y operada por el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de Johns Hopkins en Laurel, Maryland, está haciendo descubrimientos que otras naves espaciales estaban demasiado lejos para verlas, incluso desde el interior del viento solar, el flujo de partículas provenientes del Sol que pueden influir en nosotros en la Tierra.

En 2019, la Sonda Solar Parker descubrió que las estructuras magnéticas en zig-zag en el viento solar, llamadas curvas, abundan cerca del Sol. Después de haber reducido a la mitad su distancia al Sol desde entonces, la Sonda Solar Parker ahora ha identificado un lugar donde se originan esas características: la superficie solar.

El primer paso a través de la corona, así como más sobrevuelos por venir, proporcionarán datos sobre fenómenos que son imposibles de estudiar desde lejos.

“Al volar tan cerca del Sol, la Sonda Solar Parker ahora detecta condiciones en la corona que nunca antes habíamos podido ver”, dijo Nour Raouafi, científico del proyecto ‘Sonda Solar Parker’ en APL. “Vemos evidencia de estar en la corona a partir de datos del campo magnético, datos del viento solar y visualmente en imágenes de luz blanca. De hecho, podemos ver la nave espacial volando a través de estructuras coronales que se pueden observar desde la Tierra durante un eclipse solar total”.

MÁS CERCA QUE NUNCA

Fortificada para soportar algunas de las condiciones más extremas del Sistema Solar, la Sonda Solar Parker se lanzó en 2018 para explorar los misterios del Sol viajando más cerca de él que cualquier nave espacial anterior.

Agrandar imagen. La superficie crítica de Alfvén marca el final de la atmósfera solar y el comienzo del viento solar, y al cruzar hacia ella, la Sonda Solar Parker de la NASA ha «tocado el Sol» por primera vez. El material solar con la energía para cruzar ese límite (círculo a la derecha) se convierte en el viento solar, que arrastra el campo magnético del Sol con él mientras corre a través del Sistema Solar, hacia la Tierra y más allá. Más allá de la superficie crítica de Alfvén, el viento solar se mueve tan rápido que las ondas dentro del viento nunca pueden viajar lo suficientemente rápido como para regresar al Sol, cortando su conexión. El plasma dentro de la corona (círculo a la izquierda), todavía está conectado al Sol, y las ondas en el plasma viajan hacia adelante y hacia atrás entre la superficie y la corona superior.
Crédito: NASA / Johns Hopkins APL / Ben Smith.

A diferencia de la Tierra, el Sol no tiene una superficie sólida, pero tiene una atmósfera sobrecalentada hecha de material unido al Sol por la gravedad y las fuerzas magnéticas. A medida que ese material se aleja del Sol por el aumento de calor y presión, llega a un punto donde las fuerzas gravitacionales y los campos magnéticos son demasiado débiles para contenerlo.

Ese punto, conocido como la superficie crítica de Alfvén, marca el final de la atmósfera solar y el comienzo del viento solar. El material solar con suficiente energía para pasar ese límite arrastra el campo magnético del Sol junto con él mientras corre a través del Sistema Solar. Más allá de la superficie crítica de Alfvén, el viento solar se mueve tan rápido que las ondas dentro del viento no pueden viajar de regreso al Sol.

Hasta ahora, los investigadores no estaban seguros de dónde se encuentra exactamente la superficie crítica de Alfvén. Las estimaciones basadas en imágenes remotas de la corona la habían colocado entre 10 y 20 radios solares desde la superficie del Sol: entre 6.9 y 13.8 millones de kilómetros. La trayectoria en espiral de la Sonda Solar Parker la acerca gradualmente al Sol, y durante las últimas pasadas, la nave espacial estuvo constantemente dentro de los 20 radios solares (93% de la distancia de la Tierra al Sol), lo que teóricamente la coloca en la posición de cruzar el límite.

Ver video. Por primera vez en la historia, una nave espacial ha tocado el Sol. La Sonda Solar Parker de la NASA ahora ha volado a través de la atmósfera superior del Sol, la corona, y muestreó partículas y campos magnéticos allí.
Crédito: NASA Goddard.

Finalmente, el 28 de Abril de 2021, durante su octavo sobrevuelo del Sol, la Sonda Solar Parker se abrió paso. Al encontrar las condiciones específicas magnéticas y de partículas de la superficie crítica de Alfvén a 18,8 radios solares ( 13,079 millones de kilómetros) sobre la superficie solar, los científicos sabían que la nave espacial finalmente había entrado en la atmósfera solar.

«Esperábamos plenamente que, tarde o temprano, nos encontraríamos con la corona durante al menos un corto período de tiempo», dijo Justin Kasper, autor principal de un nuevo artículo sobre el hito, aceptado para su publicación en ‘Physical Review Letters’, y subdirector oficial de tecnología de BWX Technologies Inc. «Pero es muy emocionante que ya lo hayamos alcanzado».

EN EL OJO DE LA TORMENTA

Cuando la Sonda Solar Parker se sumergió más tarde a solo 14,97 radios solares (10,4146 millones de kolómetros) desde la superficie del Sol, pasó a través de una característica en la corona llamada pseudostreamer. Estas estructuras masivas se elevan como cintas sobre la superficie del Sol y son visibles desde la Tierra durante los eclipses solares.

Cuando Parker Solar Probe atravesó la corona a principios de 2021, la nave espacial pasó por estructuras llamadas serpentinas coronales. Estas estructuras pueden verse como características brillantes que se mueven hacia arriba en las imágenes superiores y en ángulo hacia abajo en la fila inferior. Tal vista solo es posible porque la nave espacial voló por encima y por debajo de las serpentinas dentro de la corona. Hasta ahora, las serpentinas solo se han visto desde lejos. Son visibles desde la Tierra durante los eclipses solares totales.
Crédito: NASA / Johns Hopkins APL / Laboratorio de Investigación Naval

Pasar a través del pseudotreamer fue como volar hacia el ojo de una tormenta. Dentro del pseudostreamer, las condiciones se calmaron, las partículas se desaceleraron y la cantidad de curvas disminuyó, un cambio dramático con respecto al ajetreado aluvión de partículas que la nave espacial generalmente encuentra en el viento solar.

Por primera vez, la nave espacial se encontró en una región donde los campos magnéticos eran lo suficientemente fuertes como para dominar el movimiento de partículas. Las partículas quedaron atrapadas en el Sol; estas condiciones fueron la prueba definitiva de que la nave había pasado la superficie crítica de Alfvén y entró en la atmósfera solar donde los campos magnéticos dan forma al escape del viento.

El primer paso a través de la corona, que duró solo unas pocas horas, es uno de los muchos planeados para la misión. Durante los próximos cuatro años, la Sonda Solar Parker llegará eventualmente a una distancia de 8.86 radios solares (6,16 millones de kilómetros) de la superficie. Los próximos sobrevuelos, el próximo de los cuales tendrá lugar en Enero de 2022, probablemente traerán a la Sonda Solar Parker a través de la corona nuevamente.

Ver video. A principios de 2021, Parker Solar Probe voló a través de estructuras en la corona llamadas serpentinas. 
Esta película muestra los datos del instrumento WISPR (Wide-field Imager for Parker Solar PRobe) de la nave espacial.
Crédito:
NASA / Johns Hopkins APL / Laboratorio de Investigación Naval

«Estoy emocionado de ver lo que la Sonda Solar Parker encuentra a medida que pasa repetidamente a través de la corona en los próximos años», dijo Nicky Fox, Directora de la División de Heliofísica de la NASA en la sede de la NASA en Washington, DC «La oportunidad para nuevos descubrimientos es ilimitada.»

El tamaño de la corona también depende de la actividad solar. A medida que aumenta el ciclo de actividad de 11 años del Sol, el ciclo solar, el borde exterior de la corona se expandirá, lo que le dará a la Sonda Solar Parker una mayor probabilidad de estar dentro de la corona durante períodos de tiempo más largos.

“Es una región realmente importante para entrar porque creemos que todo tipo de física se activa potencialmente”, dijo Kasper. «Y ahora estamos entrando en esa región y, con suerte, vamos a empezar a ver algunas de estas físicas y comportamientos».

REDUCCIÓN DE LOS ORÍGENES DE LA ZIGZAG

Ya están surgiendo algunas físicas sorprendentes. En encuentros recientes, la Sonda Solar Parker recopiló datos que muestran que un lugar donde se originan los cambios es en la superficie visible del Sol: la fotosfera.

Ver Video. Al volar a través de varias curvas cercanas al Sol, Parker Solar Probe recopiló datos que permitieron a los científicos determinar el origen de las curvas.
Crédito:
NASA Goddard / CIL / Jonathan North.

Cuando llega a la Tierra, el viento solar es un viento en contra constante y turbulento de partículas y campos magnéticos. Pero a medida que escapa del Sol, el viento solar está estructurado y es irregular. A mediados de la década de 1990, la misión Ulysses de la NASA y la Agencia Espacial Europea voló sobre los polos del Sol y descubrió un puñado de extrañas torceduras en forma de S en las líneas del campo magnético del viento solar, que desviaron partículas cargadas en un camino en zig-zag mientras escapaban. el Sol. Durante décadas, los científicos pensaron que estos cambios ocasionales eran rarezas confinadas a las regiones polares del Sol.

Sin embargo, en 2019, a 34 radios solares del Sol, la Sonda Solar Parker descubrió que los retrocesos no eran raros sino comunes en el viento solar. Ese hallazgo renovó el interés en las características y generó nuevas preguntas: ¿De dónde provienen los cambios y cómo se forman y evolucionan? ¿Fueron forjados en la superficie del Sol o moldeados por algún proceso que retuerce los campos magnéticos en la atmósfera solar?

Los últimos hallazgos, publicados en Astrophysical Journal, finalmente confirman que los cambios se originan cerca de la superficie solar.

Las pistas llegaron cuando la Sonda Solar Parker orbitaba más cerca del Sol en su sexto sobrevuelo, a menos de 25 radios solares. Los datos mostraron que los cambios ocurren en parches (zonas) y tienen un mayor porcentaje de helio, un elemento que se sabe que proviene de la fotosfera, en comparación con otros elementos. Los orígenes de los cambios se redujeron aún más cuando los científicos encontraron los parches alineados con embudos magnéticos que emergen de la fotosfera, entre estructuras de células de convección llamadas supergránulos.

Ver video. Los datos de Parker Solar Probe han rastreado el origen de los cambios (estructuras magnéticas en zig-zag en el viento solar) hasta la superficie solar. 
En la superficie, los embudos magnéticos emergen de la fotosfera entre las estructuras celulares de convección llamadas supergránulos. Las curvas se forman dentro de los embudos y se elevan hacia la corona y son empujadas hacia afuera por el viento solar.
Crédito: NASA GSFC / CIL / Jonathan North.

«La estructura de las regiones con cambios de sentido coincide con una pequeña estructura de embudo magnético en la base de la corona», dijo Stuart Bale, Profesor de la Universidad de California, Berkeley, y autor principal del nuevo artículo de cambios de sentido. «Esto es lo que esperamos de algunas teorías, y esto señala una fuente para el propio viento solar».

Además de ser el lugar de nacimiento de las curvas, los científicos creen que los embudos magnéticos podrían ser el lugar donde se origina un componente del viento solar. El viento solar se presenta en dos variedades diferentes, rápido y lento, y los embudos podrían ser de donde provienen algunas partículas del viento solar rápido.

Comprender dónde y cómo emergen los componentes del viento solar rápido, y si están vinculados a las curvas, podría ayudar a los científicos a resolver un antiguo misterio solar sobre cómo la corona se calienta a millones de grados.

Si bien los nuevos hallazgos ubican dónde se realizan los cambios, los científicos aún no pueden confirmar cómo se forman. Una teoría sugiere que podrían ser creados por ondas de plasma que recorren la región como olas del océano. Otro sostiene que están hechos mediante un proceso explosivo conocido como reconexión magnética, que se cree que ocurre en los límites donde se unen los embudos magnéticos.

«Mi instinto es que, a medida que profundicemos en la misión y nos acerquemos más y más al Sol, aprenderemos más sobre cómo los embudos magnéticos están conectados a las curvas», dijo Bale, «y con suerte resolveremos la cuestión de qué proceso los hace.»

Ahora que saben qué buscar, los científicos están buscando más pistas a medida que la Sonda Solar Parker hace pases más cercanos. Los datos por venir permitirán a los científicos echar un vistazo a una región que es crítica para sobrecalentar la corona y empujar el viento solar a velocidades supersónicas. Tales mediciones de la corona serán críticas para comprender y pronosticar eventos climáticos espaciales extremos que pueden interrumpir las telecomunicaciones y dañar los satélites alrededor de la Tierra.

«Es realmente emocionante ver que nuestras tecnologías avanzadas tienen éxito en llevar la Sonda Solar Parker más cerca del Sol que nunca, y poder devolver una ciencia tan asombrosa», dijo Joseph Smith, ejecutivo del programa Parker Solar Probe y científico de la NASA. Sede. «Esperamos ver qué más descubre la misión a medida que se adentra aún más en los próximos años».

Enlaces relacionados

Fuente: Johns Hopkins Univeristy Applied Physics Laboratory (JHUAPL).

Artículo original: Parker Solar Probe Touches the Sun for the First Time, Bringing New Discoveries‘. Mara Johnson-Groh, NASA’s Goddard Space Flight Center. Dec. 14, 2021.

Material relacionado

Sobre la Sonda Solar Parker

La Sonda Solar Parker (ilustrada), se acercará más al Sol que cualquier nave espacial anterior.
Crédito de la imagen: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, (JHUAPL).

El artículo a continuación hace una descripción de la misión y contiene además una selección de recursos sobre la misma y de las otras misiones solares en curso y las que vendrán. En particular contiene recursos sobre el escudo térmico de la nave.

Estudiando la Corona y el Viento Solar durante los Eclipses Solares Totales

Más que una figura bonita. 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, un equipo de astrónomos 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.

Proyecto de Ciencia Ciudadana (aficionados) de estudio del Sol

En este nuevo proyecto de ciencia ciudadana, los participantes ayudarán a identificar ráfagas de plasma provenientes del Sol, llamadas chorros solares, en miles de imágenes capturadas durante los últimos 11 años por el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA. 
Crédito de la imagen:
 NASA.

Si alguna vez quisiste ser astrónomo, esta es tu oportunidad. Un nuevo proyecto de ciencia ciudadana, dirigido por investigadores de la Universidad de Minnesota con el apoyo de la NASA, permite a los voluntarios desempeñar un papel importante para aprender más sobre el Sol mediante el uso de sus computadoras personales. 

Los participantes ayudarán a identificar ráfagas de plasma provenientes del Sol, llamadas chorros solares, en miles de imágenes capturadas durante los últimos 11 años por el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA.

El proyecto, llamado Solar Jet Hunter (Cazador de Chorro Solar), es el proyecto de ciencia ciudadana más reciente bajo la plataforma Zooniverse que se originó en la Universidad de Minnesota. Zooniverse es la plataforma de investigación en línea impulsada por personas más grande y popular del mundo con más de dos millones de voluntarios de todo el mundo. Estos voluntarios actúan como científicos y archiveros de sillón ayudando a los equipos de investigación académica con sus proyectos desde la comodidad de sus propios hogares.

El siguiente artículo lo presenta:

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.

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