La Parker Solar Probe y el misterio del viento solar

Por

por Néstor Espinoza*

La NASA acaba de anunciar una de las misiones espaciales más ambiciosas del último tiempo: mandar un satélite al Sol para poder investigar los misterios que aún tiene nuestro astro rey en su “corona”: una zona externa del Sol que se encuentra cientos de veces más caliente que su superficie. ¿Por qué el nombre de esta misión?, ¿qué de interesante tiene la corona de nuestra estrella y cómo se relaciona con el viento solar?

El viento solar, el que se origina en la “corona” de nuestro astro rey, para muchas personas hoy forma parte del día a día. Constantemente escuchamos cómo el Sol emite este “viento”, que no son más que partículas cargadas (protones, electrones y partículas alfa – i.e., Helio) eyectadas a grandes velocidades (¡a más de 500 kilómetros por segundo!), el cual varía en función del “humor” del Sol: periodos de alta o baja actividad solar provocan distintos niveles de este flujo de partículas el que, combinado con el campo magnético, puede llegar a provocar problemas en los satélites que orbitan la Tierra o incluso problemas en centrales eléctricas en la superficie de nuestro planeta. Por esto, el monitoreo y entendimiento de cómo se generan estos procesos son fundamentales para nosotros en la Tierra.

A pesar de su importancia, hace 60 años atrás no teníamos idea cómo se generaba este “viento solar”. De hecho, la palabra “viento solar” ni siquiera se usaba, y poca gente pensaba que el Sol lanzaba partículas a esas grandes velocidades. La razón era simple: hace 60 años el Sol se veía relativamente estable en muchos instrumentos y modelos. Aún así, habían fenómenos extraños sin explicación que empezaron a generar dudas en mucha gente. Uno de los más importantes fue el identificado por el astrónomo alemán Ludwig Biermann, quien se dio cuenta que los cometas tenían dos “colas”: una que trazaba el movimiento del cometa mientras iba dejando material atrás y otra que siempre apuntaba en la dirección contraria al Sol. En esta imagen del cometa Hale-Bopp estas dos colas son evidentes:

Figura 1. Imágen del cometa Hale-Bopp. Créditos: A. Dimai and D. Ghirardo, (Col Druscie Obs.), AAC

Biermann interpretó esto como evidencia de que el Sol, efectivamente, estaba eyectando particulas cargadas, las que interactuaban con el material de los cometas. Esto -argumentaba Biermann- era lo que producía que viéramos una cola en dirección opuesta al Sol y con un color distinto (azul en el caso de la imagen) al material que simplemente se desprendía del cometa en su movimiento (de color blanco en la foto). Aún así, no existía ningún modelo del Sol que pudiera explicar cómo este podía eyectar partículas a las velocidades necesarias (cercanas a mil kilómetros por segundo) para producir tal efecto. Si bien se creía que estas partículas podían producirse en la “corona” del Sol, una zona sobre la superficie del mismo que está a millones de grados Celsius (sí, ¡más caliente que la superficie del Sol!), como mucho, los modelos podían provocar partículas eyectadas a velocidades cercanas a 300 kilómetros por segundo debido a este enorme calor, lo que aún así no era suficiente para escapar de la gravedad del astro rey, para la que por lo menos necesitas una velocidad del orden de 600 kilómetros por segundo para escapar: ¡el doble de la velocidad producida por los modelos! Un desastre.

En 1958, Eugene Parker publicó un artículo en el Astrophysical Journal -una prestigiosa revista en el área de la astrofísica[1]– en el cual explicaba con una derivación muy simple que hoy se enseña en los cursos básicos de astrofísica, por qué los modelos de la corona del Sol estaban haciendo un mal trabajo. Básicamente, el error era que los modelos consideraban que el gas en la corona estaba en equilibrio (i.e., el gas no se expandía ni se contraía hacia el Sol), lo que Parker demostró era imposible. Considerando que el gas no estaba en equilibrio, Parker mostró que partículas efectivamente debían salir eyectadas del Sol a grandes velocidades, debido a que éste, un muy buen conductor de calor, podía calentar gas a grandes distancias, en las que la gravedad era tan pequeña que el gas era “libre” para poder salir “volando” del mismo. A pesar de que su artículo original no usaba el término “viento solar”, publicaciones que le siguieron sobre este mismo tópico incluyeron el término: así, Parker predecía un “viento” de partículas que, incluso, podría ser detectado por satélites orbitando la Tierra. El año siguiente, el satélite soviético Luna 1 midió directamente este viento de partículas que llegaba a la Tierra: Parker tenía razón.

A pesar del trabajo pionero realizado por Parker, aún hay muchos aspectos que no se comprenden del viento solar. En primer lugar, los detalles de cómo se calienta la corona del Sol no son del todo claros; se cree que los campos magnéticos son los principales responsables, pero los pormenores sobre cómo se forman, cuándo y cuál es el impacto directo en el calentamiento de la corona son aún preguntas sin responder. Entender el comportamiento de las partículas del viento solar y cómo adquieren las velocidades observadas es también una pregunta que aún no logramos contestar con la certeza requerida para realizar predicciones concretas sobre el clima espacial. Comprender esto es uno de los principales objetivos de la “Parker Solar Probe” (en honor a Eugene Parker), recientemente anunciada por la NASA. Esta sonda será la primera en explorar “in-situ” la corona del Sol, la que hemos explorado siempre “desde afuera”. Las contribuciones que realizará en términos de poder comprender y predecir el comportamiento del “clima espacial” serán, sin duda, un gran paso no solo en el entendimiento de nuestro entorno, sino que también en la prevención y protección de nuestros instrumentos espaciales y terrestres.

[1]: Como dato rosa, inicialmente este trabajo fue rechazado por los dos asesores que el editor de la revista seleccionó para revisar el trabajo. De acuerdo a ellos, Parker necesitaba leer un poco más de la literatura sobre el tema antes de proponer tal solución, aunque no notaron ningún error en la física ni matemática de Parker. El editor, S. Chandrasekhar (nobel en Física, 1983) decidió, luego de conversar personalmente con Parker, publicar el artículo de todas maneras.

*Néstor Espinoza – Astrónomo (PUC), Candidato a Doctor en Astrofísica (PUC) e Investigador del Instituto Milenio de Astrofísica (MAS) – twitter @nespinozap

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