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La energía magnética cerca de la superficie del sol permite que el viento solar alcance velocidades

La sonda solar Parker de la NASA identifica el mecanismo que impulsa el viento rápido del sol Los datos de la sonda solar Parker han ayudado a los investigadores a comprender cómo el viento del sol puede alcanzar.


Los investigadores han utilizado datos de la sonda solar Parker de la NASA para comprender cómo el viento del sol, compuesto de partículas ionizadas o plasma, puede exceder velocidades de 1 millón de millas por hora. (Ilustración de la nave espacial Parker Solar Probe acercándose al sol). Crédito: Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins

En un artículo publicado el 7 de junio de 2023 en la revista Nature, un equipo de investigadores utilizó datos de la sonda solar Parker de la NASA para explicar cómo el viento solar es capaz de superar velocidades de 1 millón de millas por hora. Descubrieron que la energía liberada del campo magnético cerca de la superficie del sol es lo suficientemente poderosa como para impulsar el viento solar rápido, que se compone de partículas ionizadas, llamadas plasma, que fluyen hacia afuera desde el sol.

James Drake, profesor universitario distinguido en el Departamento de Física y el Instituto de Ciencia Física y Tecnología (IPST) de la Universidad de Maryland, codirigió esta investigación junto con el primer autor Stuart Bale de UC Berkeley. Drake dijo que los científicos han estado tratando de comprender los impulsores del viento solar desde la década de 1950, y con el mundo más interconectado que nunca, las implicaciones para la Tierra son significativas.

El viento solar forma una burbuja magnética gigante, conocida como la heliosfera, que protege a los planetas de nuestro sistema solar de un aluvión de rayos cósmicos de alta energía que azotan alrededor de la galaxia. Sin embargo, el viento solar también transporta plasma y parte del campo magnético del sol, que puede chocar contra la magnetosfera de la Tierra y causar perturbaciones, incluidas tormentas geomagnéticas.

Estas tormentas ocurren cuando el sol experimenta una actividad más turbulenta, incluidas las erupciones solares y las enormes expulsiones de plasma al espacio, conocidas como eyecciones de masa coronal. Las tormentas geomagnéticas son responsables de espectaculares espectáculos de luces aurorales que se pueden ver cerca de los polos de la Tierra, pero en su forma más poderosa, pueden destruir la red eléctrica de una ciudad y potencialmente incluso interrumpir las comunicaciones globales. Tales eventos, aunque raros, también pueden ser mortales para los astronautas en el espacio.

“Los vientos llevan mucha información del sol a la Tierra, por lo que comprender el mecanismo detrás del viento del sol es importante por razones prácticas en la Tierra”, dijo Drake. “Eso va a afectar nuestra capacidad de entender cómo el sol libera energía y conduce tormentas geomagnéticas, que son una amenaza para nuestras redes de comunicación”.

Estudios anteriores revelaron que el campo magnético del sol de alguna manera estaba impulsando el viento solar, pero los investigadores no conocían el mecanismo subyacente. A principios de este año, Drake fue coautor de un artículo que argumentaba que el calentamiento y la aceleración del viento solar son impulsados por la reconexión magnética, un proceso al que Drake ha dedicado su carrera científica a estudiar.

Los autores explicaron que toda la superficie del sol está cubierta de pequeños “jetlets” de plasma caliente que son impulsados hacia arriba por la reconexión magnética, que ocurre cuando los campos magnéticos que apuntan en direcciones opuestas se cruzan. A su vez, esto desencadena la liberación de cantidades masivas de energía.


La sonda solar Parker de la NASA voló a través de la atmósfera superior del Sol, la corona, y tomó muestras de partículas y campos magnéticos allí. Esta fue la primera vez en la historia que una nave espacial tocó el Sol. Crédito: Ben Smith / Laboratorio de Física Aplicada / NASA

“Dos cosas que apuntan en direcciones opuestas a menudo terminan aniquilándose entre sí, y en este caso al hacerlo liberan energía magnética”, dijo Drake. “Estas explosiones que ocurren en el sol son impulsadas por ese mecanismo. Es la aniquilación de un campo magnético”.

Para comprender mejor estos procesos, los autores del nuevo artículo de Nature utilizaron datos de la sonda solar Parker para analizar el plasma que fluye fuera de la corona, la capa más externa y caliente del sol. En abril de 2021, Parker se convirtió en la primera nave espacial en entrar en la corona del sol y se ha estado acercando al sol desde entonces. Los datos citados en este documento fueron tomados a una distancia de 13 radios solares, o aproximadamente 5.6 millones de millas del sol.

“Cuando te acercas mucho al sol, comienzas a ver cosas que simplemente no puedes ver desde la Tierra”, dijo Drake. “Todos los satélites que rodean la Tierra están a 210 radios solares del sol, y ahora hemos bajado a 13. Estamos tan cerca como vamos a estar”.

Usando estos nuevos datos, los autores del artículo de Nature proporcionaron la primera caracterización de las ráfagas de energía magnética que ocurren en los agujeros coronales, que son aberturas en el campo magnético del sol, así como la fuente del viento solar.

Los investigadores demostraron que la reconexión magnética entre campos magnéticos abiertos y cerrados, conocida como conexión de intercambio, es un proceso continuo, en lugar de una serie de eventos aislados como se pensaba anteriormente. Esto los llevó a concluir que la tasa de liberación de energía magnética, que impulsa el chorro hacia afuera de plasma calentado, era lo suficientemente poderosa como para superar la gravedad y producir el viento rápido del sol.

Al comprender estas liberaciones más pequeñas de energía que ocurren constantemente en el sol, los investigadores esperan comprender, y posiblemente incluso predecir, las erupciones más grandes y peligrosas que lanzan plasma al espacio. Además de las implicaciones para la Tierra, los hallazgos de este estudio también se pueden aplicar a otras áreas de la astronomía.

“Los vientos son producidos por objetos en todo el universo, por lo que comprender qué impulsa el viento del sol tiene amplias implicaciones”, dijo Drake. “Los vientos de las estrellas, por ejemplo, juegan un papel crucial en la protección de los sistemas planetarios de los rayos cósmicos galácticos, que pueden afectar la habitabilidad”.

Esto no solo ayudaría a nuestra comprensión del universo, sino posiblemente también a la búsqueda de vida en otros planetas.

Referencia: “Interchange reconnection as the source of the fast solar wind within coronal holes” por S. D. Bale, J. F. Drake, M. D. McManus, M. I. Desai, S. T. Badman, D. E. Larson, M. Swisdak, T. S. Horbury, N. E. Raouafi, T. Phan, M. Velli, D. J. McComas, C. M. S. Cohen, D. Mitchell, O. Panasenco y J. C. Kasper, 7 de junio de 2023, Naturaleza. DOI: 10.1038/s41586-023-05955-3

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