Explorando el viento solar con una nueva visión de las pequeñas estructuras solares.

Los científicos han combinado nuevos datos de NASA y han procesado imágenes de vanguardia para obtener una nueva perspectiva de las estructuras solares que crean el flujo del viento solar de alta velocidad, detallado en una nueva investigación publicada en The Astrophysical Journal. Este primer vistazo a características relativamente pequeñas, denominadas “plumelets”, podría ayudar a los científicos a comprender cómo y por qué se forman las perturbaciones en el viento solar.

La influencia magnética del Sol se extiende a miles de millones de kilómetros, mucho más allá de la órbita de Plutón y los planetas, definida por una fuerza impulsora: el viento solar. Este flujo constante de material solar lleva el campo magnético del Sol al espacio, donde da forma a los entornos alrededor de la Tierra, otros planetas y los confines del espacio profundo. Los cambios en el viento solar pueden crear efectos del clima espacial que influyen no solo en los planetas, sino también en los exploradores humanos y robóticos de todo el sistema solar, y este trabajo sugiere que las características relativamente pequeñas y previamente inexploradas cercanas a la superficie del Sol, podrían desempeñar un papel crucial en las características del viento solar.

“Esto muestra la importancia de las estructuras y procesos a pequeña escala en el Sol para comprender el viento solar y el sistema meteorológico espacial a gran escala”, dijo Vadim Uritsky, científico solar de la Universidad Católica de América y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, quien dirigió el estudio.

Como todo material solar, que está compuesto por un tipo de gas ionizado llamado plasma, el viento solar está controlado por fuerzas magnéticas. Y las fuerzas magnéticas en la atmósfera del Sol son particularmente complejas: la superficie solar está compuesta por una combinación en constante cambio de bucles cerrados de campo magnético y líneas de campo magnético abierto que se extienden hacia el sistema solar.

Los científicos utilizaron el procesamiento de imágenes de alta resolución del Sol para revelar distintas “plumelets” dentro de las estructuras del Sol llamadas plumas solares. El Sol de disco completo y el lado izquierdo de la imagen insertada fueron capturados por el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA en una longitud de onda de luz ultravioleta extrema y procesados ​​para reducir el ruido. El lado derecho del recuadro se ha procesado aún más para mejorar las pequeñas características en las imágenes, revelando los bordes de los plumelets con detalles claros. Estos plumelets podrían ayudar a los científicos a comprender cómo y por qué se forman las perturbaciones en el viento solar.
Créditos: NASA / SDO / Uritsky, et al.

Es a lo largo de estas líneas abiertas del campo magnético donde el viento solar escapa del Sol al espacio. Las áreas de campo magnético abierto en el Sol pueden crear agujeros coronales, parches de densidad relativamente baja que aparecen como manchas oscuras en ciertas vistas ultravioleta del Sol. A menudo, incrustados dentro de estos agujeros coronales hay géiseres de material solar que salen del Sol durante días seguidos, llamados plumas. Estas columnas solares aparecen extremadamente brillantes en observaciones en ultravioleta del Sol, lo que las hace fácilmente visibles para observatorios como el satélite Observatorio de Dinámica Solar de la NASA y otras naves e instrumentos espaciales. Como en regiones particularmente densas de material solar en campo magnético abierto, las plumas juegan un papel importante en la creación del viento solar de alta velocidad, lo que significa que sus atributos pueden moldear las características del viento solar en sí.

Utilizando observaciones de alta resolución del satélite Observatorio de Dinámica Solar de la NASA, o SDO, junto con una técnica de procesamiento de imágenes desarrollada para este trabajo, Uritsky y sus colaboradores descubrieron que estas columnas están compuestas de hebras de material mucho más pequeñas, a las que llaman plumelets. Si bien la totalidad de la pluma se extiende a lo largo de aproximadamente 110.000 kilómetros en las imágenes de SDO, el ancho de cada filamento de plumelets es de solo unos pocos miles de kilómetros de ancho, que van desde alrededor de 3.700 kilómetros en el más pequeño, hasta alrededor de 7.200 kilómetros de ancho para los plumelets más anchos observados.

Aunque trabajos anteriores han tanteado la estructura dentro de las plumas, esta es la primera vez que los científicos han observado los plumelets con un enfoque nítido. Las técnicas utilizadas para procesar las imágenes redujeron el “ruido” en las imágenes solares, creando una vista más nítida que reveló los plumelets y sus cambios sutiles con detalles claros.

Su trabajo, centrado en una pluma solar observada el 2 y 3 de julio de 2016, muestra que el brillo de la pluma proviene casi en su totalidad de los plumelets individuales, sin mucho brillo adicional entre las estructuras. Esto sugiere que los plumelets son más que una característica dentro del sistema más grande de una pluma, son los bloques de construcción de los que están hechas las plumas.

“La gente ha visto estructuras en la base de las plumas durante un tiempo”, dijo Judy Karpen, una de las autoras del estudio y jefa del Laboratorio de Meteorología Espacial de la División de Ciencias Heliofísicas de la NASA Goddard. “Pero hemos descubierto que la pluma en sí es un conjunto de estos plumelets más densas y fluidas, que es muy diferente de la imagen de las plumas que teníamos antes”.

También encontraron que los plumelets se mueven individualmente, cada uno oscilando por sí mismo, lo que sugiere que el comportamiento a pequeña escala de estas estructuras podría ser un factor importante detrás de las interrupciones en el viento solar, además de su comportamiento colectivo a gran escala.

Buscando firmas de plumelets

Los procesos que crean el viento solar a menudo dejan firmas en el propio viento solar: cambios en la velocidad, composición, temperatura y campo magnético del viento que pueden proporcionar pistas sobre la física subyacente del Sol. Los plumelets solares también pueden dejar tales huellas dactilares, revelando más sobre su papel exacto en la creación del viento solar, aunque encontrarlos e interpretarlos puede ser su propio y complejo desafío.

Una fuente clave de datos será la sonda solar Parker de la NASA, que ha volado más cerca del Sol que cualquier otra nave espacial, alcanzando distancias tan cercanas como 6,5 millones de kilómetros de la superficie solar al final de su misión, capturando mediciones de alta resolución del viento solar. Sus observaciones, más cercanas al Sol y más detalladas que las de misiones anteriores, podrían revelar firmas de plumelets.

De hecho, uno de los primeros e inesperados hallazgos de Parker Solar Probe podría estar relacionado con plumelets. Durante su primer sobrevuelo solar en noviembre de 2018, Parker Solar Probe observó cambios repentinos en la dirección del campo magnético del viento solar, apodados “cambios de sentido”. La causa y la naturaleza exacta de los cambios sigue siendo un misterio para los científicos, pero las estructuras a pequeña escala como los plumelets podrían producir firmas similares.

Durante su primer sobrevuelo solar en noviembre de 2018, la sonda solar Parker de la NASA observó retrocesos: inversiones repentinas en el campo magnético del viento solar, que se ilustra aquí. Los plumelets solares recién observados pueden producir firmas similares a las curvas.
Créditos: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA / Laboratorio de imágenes conceptuales / Adriana Manrique Gutierrez.

Encontrar firmas de los plumelets dentro del propio viento solar también depende del estado en el que estas huellas dactilares sobreviven a su viaje lejos del Sol, o si se borran en algún lugar a lo largo de los millones de kilómetros que viajan desde el Sol hasta nuestros observatorios en el espacio.

La evaluación de esa pregunta dependerá de los observatorios remotos, como el Solar Orbiter de la NASA y la ESA, que ya ha tomado las imágenes más cercanas del Sol, incluida una vista detallada de la superficie solar, imágenes que solo mejorarán a medida que la nave espacial se acerque al sol. La próxima misión PUNCH de la NASA, dirigida por Craig DeForest, uno de los autores del estudio de plumelets, estudiará cómo la atmósfera del Sol se transforma en viento solar y también podría proporcionar respuestas a esta pregunta.

“PUNCH observará directamente cómo la atmósfera del Sol se transforma en viento solar”, dijo Uritsky. “Esto nos ayudará a comprender si los plumelets pueden sobrevivir a medida que se propagan lejos del Sol, si realmente pueden inyectarse en el viento solar”.