Los eclipses solares totales ayudan a comprender el viento solar, con la ayuda de la misión ACE de la NASA

Desde atravesar dunas de arena en el desierto del Sahara hasta vigilar a los osos polares en el Ártico, un grupo de científicos solares conocidos como los “Sherpas del viento solar” liderados por Shadia Habbal, han viajado hasta los confines de la Tierra para observar científicamente los eclipses solares totales. Con las imágenes obtenidas, han descubierto un hallazgo sorprendente sobre el viento del Sol y su tenue atmósfera exterior, la corona, que solo es visible en su totalidad durante un eclipse.

Con más de una década de observaciones de eclipses totales en todo el mundo, el equipo comprobó que la corona mantiene una temperatura bastante constante, a pesar de los cambios dinámicos que ocurren en cada ciclo solar (una rotación de 11 años de duración). De manera similar, el viento solar (el flujo constante de partículas que el Sol libera de la corona a través del sistema solar) coincide con la misma temperatura.

“La temperatura del viento solar en la corona es casi constante durante todo el ciclo solar”, dijo Shadia Habbal, 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, que varían mucho a lo largo del ciclo solar magnético de 11 años”.

Los nuevos hallazgos, publicados en Astrophysical Journal Letters, están ayudando a los científicos a comprender mejor el viento solar, que es un componente clave del clima espacial y 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: cómo la corona llega a ser un millón de grados más caliente que las capas atmosféricas inferiores.

Mucho más que imágenes bonitas

Los científicos han utilizado los eclipses solares totales durante más de un siglo para aprender más sobre nuestro universo, lo que incluye descifrar la estructura del Sol y los eventos explosivos, buscar pruebas de la teoría de la relatividad general e incluso descubrir un nuevo elemento: el helio. Si bien los instrumentos llamados coronógrafos pueden imitar eclipses, no son lo suficientemente precisos 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, que ocurren aproximadamente cada 12 a 18 meses y solo duran unos minutos.

A través de viajes a Australia, Libia, Mongolia, Oregón y más allá, el equipo obtuvo 14 años de imágenes de eclipses solares totales de alta resolución de todo el mundo. Capturaron los eclipses usando cámaras equipadas con filtros especializados para ayudarles a medir las temperaturas de las partículas de la parte más interna de la corona, las fuentes del viento solar.

Una vista de cerca de una prominencia (áreas rosadas): la estructura magnética más fría y compleja de la corona. Las prominencias están directamente relacionadas con los arcos calientes superpuestos (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, ya que aumentan con la actividad solar.
Créditos: Habbal et al. 2021.

Los investigadores utilizaron la luz emitida por dos tipos de partículas de hierro cargadas en la corona, para determinar la temperatura a la que se encontraban. Los resultados mostraron inesperadamente que la cantidad de partículas más frías, que eran más abundantes y contribuían con la mayor parte del material del viento solar, eran sorprendentemente consistentes en diferentes momentos durante el ciclo solar. El escaso material más caliente varió mucho más con el ciclo solar, mientras que la velocidad del viento solar varió de 300 a 700 kilómetros por segundo.

“Eso significa que lo que sea que esté calentando la mayor parte de la corona y el viento solar no depende mucho del ciclo de actividad del Sol”, dijo Benjamin Boe, investigador solar de la Universidad de Hawai, involucrado en la nueva investigación.

El hallazgo es sorprendente, ya que 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 es dinámico

El equipo comparó los datos del eclipse con mediciones tomadas de la nave espacial Advanced Composition Explorer, o ACE, de la NASA, que se encuentra en el espacio a 1,6 millones de kilómetros de la Tierra en la dirección del Sol y que 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 de hierro asociados con ellas. Los datos de la nave espacial mostraron que las velocidades de las partículas vistas en el viento solar variable cambiaron en relación con los estados de carga de hierro asociados con ellas. Se descubrió que las zonas de alta temperatura alrededor de eventos llamados prominencias, descubiertas a partir de observaciones de eclipses, son responsables del viento dinámico y la eyección de masa coronal ocasional: 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 pero creen que las velocidades varían según la densidad de la región en la que se originaron, que a su vez está determinada por el campo magnético subyacente. Las partículas que emergen 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.

Los nuevos hallazgos brindan nuevos conocimientos sobre las propiedades del viento solar, que es un componente clave del clima espacial que 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 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.

Edición: R. Castro.