La nave Solar Orbiter se asoma al infierno del Sol
Poderosas erupciones, increíbles vistas de los polos solares y un curioso «erizo» solar se encuentran entre el conjunto de espectaculares imágenes, películas y datos obtenidos por la sonda espacial Solar Orbiter en su primera aproximación al Sol. Aunque el análisis del nuevo conjunto de datos no ha hecho más que empezar, ya está claro que la misión liderada por la Agencia Espacial Europea (ESA) está proporcionando extraordinarios conocimientos sobre el comportamiento magnético del Sol y la forma en que esto determina la meteorología espacial.
Uno de los panoramas increíbles que ha observado la Solar Orbiter. / ESA & NASA / Solar Orbiter / EUI Team
La aproximación más cercana de la Solar Orbiter al Sol, conocida como perihelio, tuvo lugar el 26 de marzo. La nave se encontraba dentro de la órbita de Mercurio, a aproximadamente un tercio de la distancia que separa al Sol de la Tierra, y su escudo térmico alcanzó unos 500 grados centígrados de temperatura. Pero disipó el calor con su innovadora tecnología para mantenerse segura y en funcionamiento.
Solar Orbiter lleva diez instrumentos científicos —nueve de ellos a cargo de los Estados miembros de la ESA y uno por la NASA—, todos ellos trabajando en estrecha colaboración para proporcionar una visión sin precedentes de cómo «funciona» nuestra estrella local. Algunos son instrumentos de teledetección que observan el Sol, mientras que otros son instrumentos in situ que monitorizan localmente las condiciones en el entorno de la nave, permitiendo a los científicos «unir los puntos» de lo que ven que ocurre en el Sol y lo que la Solar Orbiter «siente» en su posición en el viento solar a millones de kilómetros de distancia del Sol.
Con respecto al perihelio, es evidente que cuanto más se acerca la nave al Sol, más detalles es capaz de ver el instrumento de teledetección. Y, afortunadamente, la nave también captó varias erupciones solares, e incluso una eyección coronal de masa (ECM) dirigida a la Tierra, proporcionando una oportunidad de realizar predicciones meteorológicas espaciales en tiempo real, una tarea cada vez más importante debido a la amenaza que las tormentas solares (ECM y/o fulguraciones solares) suponen para la tecnología y los astronautas.
«Las imágenes son realmente impresionantes», afirma David Berghmans, del Real Observatorio de Bélgica, investigador principal del Telescopio Ultravioleta Extremo (Extreme Ultraviolet Imager, EUI), que toma imágenes de alta resolución de las capas inferiores de la atmósfera del Sol, conocidas como la baja corona solar. Esta región es donde tiene lugar la mayor parte de la actividad solar que impulsa la meteorología espacial.
La tarea del equipo del EUI consiste ahora en comprender lo que están viendo. No es una tarea fácil porque la Solar Orbiter está revelando mucha actividad en el Sol a pequeña escala. Una vez que han detectado una característica o un acontecimiento que no pueden reconocer de inmediato, deben buscar en observaciones solares anteriores realizadas por otras misiones espaciales para ver si se ha visto algo similar antes.
«Incluso si Solar Orbiter dejara de tomar datos mañana, estaría ocupado durante años tratando de entender todo esto», confiesa David Berghmans al respecto de la inmensa cantidad de información recolectada por la nave.
Durante este perihelio se observó una estructura especialmente llamativa que provisionalmente se ha apodado «el erizo». Se extiende 25.000 kilómetros a través del Sol y tiene una multitud de picos de gas caliente y frío que se extienden en todas las direcciones.
El principal objetivo científico de la Solar Orbiter es explorar la conexión entre el Sol y la heliosfera. La heliosfera es la gran «burbuja» del espacio que se extiende más allá de los planetas de nuestro sistema solar. Está llena de partículas cargadas eléctricamente, la mayoría de las cuales han sido expulsadas por el Sol en forma de viento solar. Son los movimientos de estas partículas y los campos magnéticos solares asociados los que generan el clima espacial.
Para rastrear los efectos del Sol en la heliosfera, los resultados de los instrumentos in situ, que registran las partículas y los campos magnéticos que llegan a la nave, deben relacionarse con los acontecimientos anteriores observados en la superficie visible del Sol o cerca de ella, que son registrados por los instrumentos de teledetección.
No es una tarea fácil, ya que el entorno magnético que rodea al Sol es muy complejo, pero cuanto más se acerque la nave al Sol, menos complicado será rastrear los eventos de las partículas hasta el Sol a lo largo de las «autopistas» de las líneas del campo magnético. El primer perihelio fue una prueba clave de esta tarea y los resultados hasta ahora parecen muy prometedores.
El 21 de marzo, unos días antes del perihelio, una nube de partículas energéticas pasó por la nave. Fue detectada por el Detector de Partículas Energéticas (Energetic Particle Detector, EPD). Un dato interesante es que las partículas más energéticas llegaron primero, seguidas por las de energías más y más bajas.
«Esto sugiere que las partículas no se producen cerca de la nave», afirma Javier Rodríguez-Pacheco, de la Universidad de Alcalá (España), e investigador principal del EPD. Por el contrario, se produjeron en la atmósfera solar, más cerca de la superficie del Sol. Al viajar por el espacio, las partículas más rápidas adelantan a las más lentas, como los atletas en una prueba de velocidad, llegando por tanto minutos e incluso horas antes a las inmediaciones de la nave.
Ese mismo día, el experimento RPW (Radio and Plasma Waves, o Ondas de Radio y Plasma) detectó su aproximación, captando el fuerte barrido de radiofrecuencias característico que se produce cuando se desplazan partículas aceleradas —en su mayoría electrones— a lo largo de una espiral siguiendo las líneas del campo magnético del Sol. RPW detectó entonces unas oscilaciones conocidas como ondas de Langmuir. «Estas son una señal de que los electrones energéticos han llegado a la nave », afirma Milan Maksimovic, de LESIA, Observatorio de París, Francia, investigador principal del RPW.
De los instrumentos de teledetección, tanto el EUI como el STIX (Espectrómetro y Telescopio de rayos X) vieron eventos en el Sol que podrían haber sido responsables de la liberación de las partículas. Aunque las partículas que salen al espacio son las que detectaron EPD y RPW, es importante recordar que otras partículas pueden viajar hacia abajo a la raíz del evento, impactando contra los niveles más bajos de la atmósfera del Sol. Aquí es donde entra en juego STIX.
Mientras que EUI ve la luz ultravioleta liberada desde el lugar de la erupción en la atmósfera del Sol, STIX ve los rayos X que se producen cuando los electrones acelerados por la erupción interactúan con los núcleos atómicos en los niveles inferiores de la atmósfera del Sol.
Los equipos deben investigar ahora cómo se relacionan exactamente todas estas observaciones. La composición de las partículas detectadas por EPD indica que probablemente fueron aceleradas por un choque coronal en un evento más gradual, en vez de repentinamente por una fulguración.
«Puede ser que haya varios sitios de aceleración», aventura Samuel Krucker, de la FHNW en Suiza, investigador principal de STIX.
Pero curiosamente, el instrumento del magnetómetro (MAG) no registró nada importante en ese momento. Sin embargo, esto no es inusual. La erupción inicial de partículas, conocida como Eyección Coronal de Masa (ECM), acarrea un fuerte campo magnético que MAG puede registrar fácilmente, pero las partículas energéticas del suceso viajan mucho más rápido que la ECM y pueden llenar rápidamente grandes volúmenes de espacio y pueden, por lo tanto, ser detectadas por la Solar Orbiter. «Pero si la ECM no llega a la nave, MAG no verá ninguna señal», explica Tim Horbury, del Imperial College, Reino Unido, investigador principal del MAG.
Cuando se trata del campo magnético, todo comienza en la superficie visible del Sol, conocida como fotosfera. Aquí es donde el campo magnético generado internamente irrumpe en el espacio. Para conocer su aspecto, la Solar Orbiter lleva el Telescopio Polarimétrico y Heliosísmico (Polarimetric and Helioseismic Imager, PHI). Éste puede ver la polaridad magnética norte y sur en la fotosfera, así como la ondulación de la superficie del Sol debido a las ondas sísmicas que viajan por su interior.
«Proporcionamos las mediciones del campo magnético en la superficie del sol. Este campo se expande, se adentra en la corona y, básicamente, impulsa todo el brillo y la acción que se ve allí arriba», explica Sami Solanki, del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar en Gotinga (Alemania), investigador principal del PHI.
Otro instrumento, el Espectrómetro de Imagen del Entorno Coronal (Spectral Imaging of the Coronal Environment, SPICE), registra la composición de la corona. Estos «mapas de abundancia» pueden compararse con el contenido del viento solar observado por el instrumento Analizador del Viento Solar (Solar Wind Analyser, SWA).
«Esto permitirá rastrear la evolución de la composición del viento solar desde el Sol hasta la nave, lo que nos informa sobre los mecanismos responsables de su aceleración», afirma el investigador principal del SPICE, Frédéric Auchère, del Instituto de Astrofísica Espacial en Francia.
Al combinar los datos de todos los instrumentos, el equipo científico podrá contar la historia de la actividad solar desde la superficie del Sol hasta la Solar Orbiter e incluso más allá. Y ese conocimiento es exactamente lo que allanará el camino hacia un futuro sistema diseñado para predecir las condiciones meteorológicas espaciales en la Tierra en tiempo real. Poco antes de alcanzar el perihelio, la Solar Orbiter pudo incluso comprobar cómo podría funcionar un sistema de este tipo.
La nave espacial volaba “por delante” de la Tierra. Esta perspectiva significaba que estaba monitorizando las condiciones del viento solar que golpearía la Tierra varias horas después. Como la nave estaba en contacto directo con la Tierra y sus señales viajaban a la velocidad de la luz, los datos llegaron a tierra en pocos minutos, listos para ser analizados.
La suerte quiso que en ese momento se detectaran varias eyecciones coronales de masa (ECM, algunas de las cuales se dirigían directamente a la Tierra.
El 10 de marzo, una ECM alcanzó la nave. Gracias a los datos de MAG, el equipo pudo predecir el momento en el que llegaría a la Tierra. El anuncio de esta noticia en las redes sociales permitió a los observadores del cielo estar preparados para la aurora, que apareció unas 18 horas después, en el momento previsto.
Esta experiencia permitió a la Solar Orbiter obtener una muestra de cómo prever las condiciones meteorológicas espaciales en la Tierra en tiempo real. Esto es cada vez más importante debido a la amenaza que suponen las tormentas solares para los astronautas y para satélites y algunas infraestructuras en la Tierra.
