En agosto de 2018, la sonda solar Parker de la NASA se lanzó al espacio, convirtiéndose pronto en la nave espacial más cercana al Sol. Con instrumentos científicos de vanguardia para medir el entorno alrededor de la nave espacial, la sonda solar Parker ha completado tres de los 24 pases planeadospartes nunca antes exploradas de la atmósfera del Sol, la corona. El 4 de diciembre de 2019, cuatro nuevos artículos en la revista Nature describen lo que los científicos han aprendido de esta exploración sin precedentes de nuestra estrella, y lo que esperan aprender a continuación..
Estos hallazgos revelan nueva información sobre el comportamiento del material y las partículas que se alejan del Sol, acercando a los científicos a responder preguntas fundamentales sobre la física de nuestra estrella. En la búsqueda para proteger a los astronautas y la tecnología en el espacio, la información de Parkerha descubierto cómo el Sol expulsa constantemente material y energía ayudará a los científicos a reescribir los modelos que usamos para comprender y predecir el clima espacial alrededor de nuestro planeta y comprender el proceso por el cual las estrellas se crean y evolucionan.
"Estos primeros datos de Parker revelan nuestra estrella, el Sol, de maneras nuevas y sorprendentes", dijo Thomas Zurbuchen, administrador asociado de ciencias en la sede de la NASA en Washington. "Observar el Sol de cerca en lugar de hacerlo desde una distancia mucho mayor esdándonos una visión sin precedentes de los fenómenos solares importantes y cómo nos afectan en la Tierra, y nos da nuevas ideas relevantes para la comprensión de las estrellas activas en las galaxias. Es solo el comienzo de un momento increíblemente emocionante para la heliofísica con Parker a la vanguardia de los nuevosdescubrimientos "
Aunque puede parecer plácido aquí en la Tierra, el Sol es todo menos silencioso. Nuestra estrella es magnéticamente activa, desencadenando poderosas explosiones de luz, diluvios de partículas que se mueven cerca de la velocidad de la luz y nubes de material magnetizado de miles de millones de toneladas.Toda esta actividad afecta a nuestro planeta, inyectando partículas dañinas en el espacio donde vuelan nuestros satélites y astronautas, interrumpiendo las comunicaciones y las señales de navegación e incluso, cuando es intenso, provocando cortes de energía. Ha estado sucediendo durante los 5 mil millones de años del Sol.toda la vida, y continuará dando forma a los destinos de la Tierra y los otros planetas de nuestro sistema solar en el futuro.
"El Sol ha fascinado a la humanidad durante toda nuestra existencia", dijo Nour E. Raouafi, científico del proyecto de Parker Solar Probe en el Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins en Laurel, Maryland, que construyó y administra la misión para la NASA ".Hemos aprendido mucho acerca de nuestra estrella en las últimas décadas, pero realmente necesitábamos una misión como Parker Solar Probe para penetrar en la atmósfera del Sol. Es solo allí donde realmente podemos aprender los detalles de estos complejos procesos solares.He aprendido que solo en estas tres órbitas solares ha cambiado mucho de lo que sabemos sobre el Sol ".
Lo que sucede en el Sol es fundamental para comprender cómo da forma al espacio que nos rodea. La mayor parte del material que escapa del Sol es parte del viento solar, un flujo continuo de material solar que baña todo el sistema solar. Este gas ionizado, llamado plasma, lleva consigo el campo magnético del Sol, extendiéndolo a través del sistema solar en una burbuja gigante que se extiende por más de 10 mil millones de millas.
El viento solar dinámico
Observado cerca de la Tierra, el viento solar es un flujo de plasma relativamente uniforme, con ocasionales caídas turbulentas. Pero en ese punto ya ha recorrido más de noventa millones de millas, y las firmas de los mecanismos exactos del Sol para calentar y acelerar el viento solar sonMás cerca de la fuente del viento solar, la sonda solar Parker vio una imagen muy diferente: un sistema complicado y activo.
"La complejidad fue alucinante cuando comenzamos a mirar los datos", dijo Stuart Bale, director de la Universidad de California, Berkeley, director del conjunto de instrumentos FIELDS de Parker Solar Probe, que estudia la escala y la forma de los campos eléctricos y magnéticos."Ahora me he acostumbrado. Pero cuando les muestro a mis colegas por primera vez, simplemente están impresionados". Desde el punto de vista de Parker, a 15 millones de millas del Sol, explicó Bale, el viento solar es mucho más.impulsivo e inestable de lo que vemos cerca de la Tierra.
Al igual que el Sol mismo, el viento solar está compuesto de plasma, donde los electrones cargados negativamente se han separado de los iones cargados positivamente, creando un mar de partículas flotantes libres con carga eléctrica individual. Estas partículas flotantes libres significan que el plasma transporta electricidad ylos campos magnéticos y los cambios en el plasma a menudo dejan marcas en esos campos. Los instrumentos FIELDS inspeccionaron el estado del viento solar midiendo y analizando cuidadosamente cómo los campos eléctricos y magnéticos alrededor de la nave espacial cambiaron con el tiempo, junto con las ondas de medición en las cercaníasplasma.
Estas mediciones mostraron reversiones rápidas en el campo magnético y chorros repentinos de material que se mueven más rápido, todas características que hacen que el viento solar sea más turbulento. Estos detalles son clave para comprender cómo el viento dispersa la energía a medida que se aleja del Soly en todo el sistema solar.
Un tipo de evento en particular atrajo la atención de los equipos científicos: voltea en la dirección del campo magnético, que fluye del Sol, incrustado en el viento solar. Estas reversiones, llamadas "interrupciones", duran en cualquier lugarde unos pocos segundos a varios minutos mientras fluyen sobre la sonda solar Parker. Durante un cambio de marcha, el campo magnético vuelve sobre sí mismo hasta apuntar casi directamente hacia el Sol. Juntos, CAMPOS y SWEAP, el conjunto de instrumentos de viento solar liderado porla Universidad de Michigan y administrado por el Observatorio Astrofísico Smithsoniano, midió grupos de conmutadores en los primeros dos sobrevuelos de Parker Solar Probe.
"Se han visto olas en el viento solar desde el comienzo de la era espacial, y asumimos que más cerca del Sol las olas se harían más fuertes, pero no esperábamos verlas organizarse en estos picos de velocidad estructurados coherentes".dijo Justin Kasper, investigador principal de SWEAP - abreviatura de Solar Wind Electrons Alphas and Protons - en la Universidad de Michigan en Ann Arbor. "Estamos detectando restos de estructuras del Sol que son arrojadas al espacio y cambiando violentamente la organización delflujos y campo magnético. Esto cambiará drásticamente nuestras teorías sobre cómo se calientan la corona y el viento solar ".
La fuente exacta de los cambios aún no se comprende, pero las mediciones de Parker Solar Probe han permitido a los científicos reducir las posibilidades.
Entre las muchas partículas que fluyen perpetuamente del Sol hay un haz constante de electrones que se mueven rápidamente, que circulan a lo largo de las líneas de campo magnético del Sol hacia el sistema solar. Estos electrones siempre fluyen estrictamente a lo largo de la forma de las líneas de campo que se muevendesde el Sol, independientemente de si el polo norte del campo magnético en esa región en particular apunta hacia o lejos del Sol. Pero la Sonda Solar Parker midió este flujo de electrones yendo en la dirección opuesta, volteando hacia el Sol, mostrandoque el campo magnético en sí mismo debe estar volviéndose hacia el Sol, en lugar de que la Sonda Solar de Parker se encuentre simplemente con una línea de campo magnético diferente del Sol que apunta en la dirección opuesta. Esto sugiere que los cambios son retorcimientos en el campo magnético: perturbaciones localizadasviajando lejos del Sol, en lugar de un cambio en el campo magnético cuando emerge del Sol.
Las observaciones de Parker Solar Probe de los cambios sugieren que estos eventos se volverán aún más comunes a medida que la nave espacial se acerque al Sol. El próximo encuentro solar de la misión el 29 de enero de 2020, llevará la nave espacial más cerca del Sol que nunca., y puede arrojar nueva luz sobre este proceso. Esta información no solo ayuda a cambiar nuestra comprensión de las causas del viento solar y el clima espacial que nos rodea, sino que también nos ayuda a comprender un proceso fundamental de cómo funcionan las estrellas y cómo liberan energía en suambiente.
El viento solar giratorio
Algunas de las mediciones de Parker Solar Probe están acercando a los científicos a las respuestas a las preguntas de hace décadas. Una de esas preguntas es acerca de cómo, exactamente, el viento solar fluye del Sol.
Cerca de la Tierra, vemos que el viento solar fluye casi radialmente, lo que significa que fluye directamente desde el Sol, directamente en todas las direcciones. Pero el Sol gira a medida que libera el viento solar; antes de liberarse, el viento solar estaba girandojunto con él. Esto es un poco como los niños que viajan en un carrusel del parque de juegos: la atmósfera gira con el Sol al igual que la parte exterior del carrusel, pero cuanto más te alejas del centro, más rápido te mueves en el espacioUn niño en el borde podría saltar y, en ese punto, moverse en línea recta hacia afuera, en lugar de continuar girando. De manera similar, hay un punto entre el Sol y la Tierra, el viento solar pasa de girar junto conel Sol fluye directamente hacia afuera, o radialmente, como lo vemos desde la Tierra.
Exactamente donde el viento solar pasa de un flujo rotativo a un flujo perfectamente radial tiene implicaciones sobre cómo el Sol arroja energía. Encontrar ese punto puede ayudarnos a comprender mejor el ciclo de vida de otras estrellas o la formación de discos protoplanetarios, los discos densos degas y polvo alrededor de estrellas jóvenes que eventualmente se unen en planetas.
Ahora, por primera vez, en lugar de solo ver ese flujo directo que vemos cerca de la Tierra, Parker Solar Probe pudo observar el viento solar mientras todavía giraba. Es como si Parker Solar Probe pudiera verEl carrusel girando directamente por primera vez, no solo los niños saltando de él. El instrumento de viento solar de la sonda solar Parker detectó la rotación comenzando a más de 20 millones de millas del Sol, y cuando Parker se acercó a su punto perihelio, la velocidad de la rotación aumentó.La fuerza de la circulación fue más fuerte de lo que muchos científicos habían predicho, pero también hizo una transición más rápida de lo previsto a un flujo hacia el exterior, que es lo que ayuda a enmascarar estos efectos desde donde nos sentamos, a unos 93 millones de millas del Sol.
"El gran flujo rotacional del viento solar visto durante los primeros encuentros ha sido una verdadera sorpresa", dijo Kasper. "Mientras esperábamos ver eventualmente un movimiento rotacional más cerca del Sol, las altas velocidades que estamos viendo en estos primeros encuentroses casi diez veces más grande que lo predicho por los modelos estándar "
Polvo cerca del sol
Otra pregunta que se aproxima a una respuesta es la esquiva zona libre de polvo. Nuestro sistema solar está inundado de polvo: las migajas cósmicas de colisiones que formaron planetas, asteroides, cometas y otros cuerpos celestes hace miles de millones de años. Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que, cerca del Sol, este polvo sería calentado a altas temperaturas por la potente luz solar, convirtiéndolo en un gas y creando una región libre de polvo alrededor del Sol. Pero nadie lo había observado nunca.
Por primera vez, las imágenes de Parker Solar Probe vieron que el polvo cósmico comenzaba a diluirse. Debido a que WISPR, el instrumento de imagen de Parker Solar Probe, dirigido por el Laboratorio de Investigación Naval, mira hacia el costado de la nave espacial, puede ver de par en parfranjas de la corona y el viento solar, incluidas las regiones más cercanas al Sol. Estas imágenes muestran que el polvo comienza a diluirse a poco más de 7 millones de millas del Sol, y esta disminución en el polvo continúa de manera constante hasta los límites actuales de las mediciones de WISPR a poco más de4 millones de millas del sol.
"Esta zona libre de polvo se predijo hace décadas, pero nunca se ha visto antes", dijo Russ Howard, investigador principal de la suite WISPR, abreviatura de Imager de campo amplio para sonda solar en el Laboratorio de Investigación Naval enWashington, DC "Ahora estamos viendo lo que está sucediendo con el polvo cerca del Sol".
A una tasa de adelgazamiento, los científicos esperan ver una zona verdaderamente libre de polvo que comience a poco más de 2-3 millones de millas del Sol, lo que significa que la sonda solar Parker podría observar la zona libre de polvo tan pronto como 2020, cuandosu sexto sobrevuelo del Sol lo llevará más cerca de nuestra estrella que nunca.
Poner el clima espacial bajo un microscopio
Las mediciones de Parker Solar Probe nos han dado una nueva perspectiva sobre dos tipos de eventos climáticos espaciales: tormentas de partículas energéticas y eyecciones de masa coronal.
Las partículas diminutas, tanto electrones como iones, se aceleran por la actividad solar, creando tormentas de partículas energéticas. Los eventos en el Sol pueden enviar estas partículas al cohete hacia el sistema solar a casi la velocidad de la luz, lo que significa que llegan a la Tierra enmenos de media hora y puede impactar a otros mundos en escalas de tiempo similares. Estas partículas transportan mucha energía, por lo que pueden dañar la electrónica de las naves espaciales e incluso poner en peligro a los astronautas, especialmente aquellos en el espacio profundo, fuera de la protección del campo magnético de la Tierra, yEl corto tiempo de advertencia para tales partículas hace que sean difíciles de evitar.
Es crucial comprender exactamente cómo se aceleran estas partículas a velocidades tan altas. Pero a pesar de que llegan a la Tierra en tan solo unos minutos, todavía es tiempo suficiente para que las partículas pierdan las firmas de los procesos que las aceleraronprimer lugar. Al girar alrededor del Sol a unos pocos millones de millas de distancia, la Sonda Solar Parker puede medir estas partículas justo después de haber salido del Sol, arrojando nueva luz sobre cómo se liberan.
Ya, los instrumentos IS? IS de Parker Solar Probe, liderados por la Universidad de Princeton, han medido varios eventos de partículas energéticas nunca antes vistos, eventos tan pequeños que se pierden todos los rastros antes de llegar a la Tierra o cualquiera de nuestros cercanosSatélites de la Tierra. Estos instrumentos también han medido un tipo raro de explosión de partículas con un número particularmente alto de elementos más pesados, lo que sugiere que ambos tipos de eventos pueden ser más comunes de lo que los científicos pensaban anteriormente.
"Es sorprendente, incluso en condiciones mínimas solares, el Sol produce muchos más pequeños eventos de partículas energéticas de lo que pensamos", dijo David McComas, investigador principal de la suite de Investigación de Ciencia Integrada del Sol, o IS? IS, enUniversidad de Princeton en Nueva Jersey. "Estas medidas nos ayudarán a desentrañar las fuentes, la aceleración y el transporte de partículas energéticas solares y, en última instancia, proteger mejor los satélites y los astronautas en el futuro".
Los datos de los instrumentos WISPR también proporcionaron detalles sin precedentes sobre las estructuras en la corona y el viento solar, incluidas las eyecciones de masa coronal, nubes de material solar de miles de millones de toneladas que el Sol envía al sistema solar. Las CME pueden desencadenar una gama deLos efectos sobre la Tierra y otros mundos, desde el encendido de auroras hasta la inducción de corrientes eléctricas que pueden dañar las redes y tuberías de energía. La perspectiva única de WISPR, al mirar junto a tales eventos mientras se alejan del Sol, ya ha arrojado nueva luz sobre el rango de eventos que nuestra estrellapuede desatarse.
"Dado que la Sonda Solar Parker coincidía con la rotación del Sol, pudimos observar el flujo de salida de material durante días y ver la evolución de las estructuras", dijo Howard. "Las observaciones cerca de la Tierra nos han hecho pensar que las estructuras finas en la corona se convierten en unaflujo suave, y estamos descubriendo que eso no es cierto. Esto nos ayudará a hacer un mejor modelo de cómo los eventos viajan entre el Sol y la Tierra ".
A medida que Parker Solar Probe continúa su viaje, realizará 21 aproximaciones más cercanas al Sol a distancias cada vez más cercanas, culminando en tres órbitas a solo 3.83 millones de millas de la superficie solar.
"El Sol es la única estrella que podemos examinar de cerca", dijo Nicola Fox, director de la División de Heliofísica en la sede de la NASA. "Obtener datos en la fuente ya está revolucionando nuestra comprensión de nuestra propia estrella y estrellas en todo el universo".Nuestra pequeña nave espacial está luchando en condiciones brutales para enviar a casa revelaciones sorprendentes y emocionantes ".
Los datos de los dos primeros encuentros solares de Parker Solar Probe están disponibles en línea para el público :
Parker Solar Probe es parte del programa Living with a Star de la NASA para explorar aspectos del sistema Sol-Tierra que afectan directamente la vida y la sociedad. El programa Living with a Star es administrado por el Goddard Space Flight Center de la agencia en Greenbelt, Maryland,para la Dirección de Misión Científica de la NASA en Washington. Johns Hopkins APL diseñó, construyó y opera la nave espacial.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NASA / Centro de vuelo espacial Goddard . Original escrito por Sarah Frazier. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencias de revistas :
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