"Bodoques" Solares

Utilizando datos enviados por la astronave Ulysses, investigadores han descubierto que partículas de alta energía procedentes del Sol viajan a veces en direcciones inesperadas

Enero 8, 2003: Toma un trozo de papel. Haz una bolita. Si eres un niño, escupe en ella. Ponla en un tubo y sopla fuerte.

Si tu profesor te envía a la oficina del director, puedes darle esta excusa: estabas haciendo un modelo relativista de protones acelerados en el frente de choque de una eyección de masa coronal (CME). Lo hacías en nombre de la ciencia.

Es cierto. Las explosiones solares y los "bodoques" tienen algo en común. Las CME arrojan partículas subatómicas a través del Sistema Solar a una velocidad cercana a la de la luz. Estas partículas son guiadas, de forma similar a una "bolita" o "bodoque" en un tubo, por el campo magnético solar.

Arriba: La sonda espacial SOHO grabó esta CME el 14 de Julio de 2000. Las partículas de alta energía aceleradas por la explosión salpicaron la cámara de la astronave y nublaron su visión. [más información].

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El Sol es un imán del tamaño de una estrella; su campo magnético cubre todo el Sistema Solar, desde Mercurio hasta Plutón y más allá. No lo sentimos en la Tierra solo porque el propio campo magnético de nuestro planeta es localmente más fuerte -- pero en el espacio interplanetario, el campo magnético del Sol es el que rige.

Debido a la rotación del Sol sobre su eje (una vez cada 27 días) el campo magnético solar entre los planetas tiene forma de espiral. Los investigadores lo llaman "la espiral de Parker" ya que fue el primer físico que lo describió. Usando la espiral de Parker, "los meteorólogos espaciales pueden predecir a donde irán las partículas energéticas solares", explica el físico solar Ming Zhang del Instituto Tecnológico de Florida. Esto es algo bueno, dice, para los astronautas que caminan por el espacio, quienes desean saber cúando se aproxima una tormenta de radiación para poder eludirla dentro de sus naves.

Zhang y algunos colegas, sin embargo, recientemente han descubierto algo problemático. Las partículas solares no siempre siguen la espiral de Parker como se suponía que lo hicieran. "Aprendimos esto", dice Zhang, "usando la astronave Ulysses".

Izquierda: El campo magnético en forma de espiral del Sol visto desde aproximadamente 100 UA de distancia. Crédito: Steve Suess, NASA.

Ulysses es una misión conjunta de la Agencia Espacial Europea (ESA) y NASA para estudiar el Sol. La astronave salió de la Tierra en 1990 y navegó por Júpiter dos años más tarde - un encuentro que lanzó a la nave por encima del plano orbital de los nueve planetas. La órbita cerrada de Ulysses la llevará a rodear completamente el Sol, incluso sobre los polos solares, lo cual es justo lo que desean los científicos.

"Aquí en la Tierra vemos al Sol desde una única dirección -- su ecuador", explica Zhang. "Ulysses nos permitirá observar la actividad solar desde diferentes direcciones".

Este fue el caso del 14 de Julio de 2000 -- Fiesta Nacional en Francia -- cuando una potente explosión sacudió el Sol. El origen fue una mancha solar 20 veces más grande que la Tierra. Durante días, las líneas de campo magnético sobre la mancha se habían enredado cada vez más. La tensión creció hasta que, como una banda elástica excesivamente estirada, las líneas de fuerza se quebraron -- explosivamente.

Una explosión de radiación magnética causó apagones de radio en la Tierra durante horas. La explosión liberó también una masiva nube de gas (una CME) en dirección a la Tierra, la cual, cuando pasó por nuestro planeta dos días más tarde, generó auroras en lugares tan al Sur como Texas. En el borde más avanzado de la CME, una onda de choque aceleró partículas subatómicas a una velocidad cercana a la de la luz. Las líneas de fuerza magnética las guiaron hacia la Tierra donde deshabilitaron temporalmente algunos satélites y eliminaron uno completamente (El Satélite Japonés Avanzado para Cosmología y Astrofísica).

Ulysses observó estos eventos desde las alturas (3 UA) sobre el hemisferio Sur del Sol. "La astronave estaba a 60^o S de latitud heliográfica. La explosión ocurrió a 22^o N -- casi directamente alineada con la Tierra", dice Zhang. Puedes visualizarlo de esta manera: Suponte que el Sol tiene continentes y países como nuestro planeta. La explosión tuvo lugar en Arabia Saudita; la Tierra tendría una vista ecuatorial de Kenia; y Ulysses estaría rondando sobre la Península Antártica.

Arriba: La alta órbita polar de Ulysses la llevó a una máxima latitud solar de 80,2 grados Sur.

La orientación de Ulysses, mirando de lado una explosión que bombardeó la Tierra casi frontalmente, fue clave para el descubrimiento de Zhang.

Aunque la explosión no estaba dirigida hacia Ulysses, la astronave estaba conectada a la CME en expansión a través de las líneas de campo magnético. "Al principio, los protones acelerados por la CME llegaron por la dirección que esperábamos", dice Zhang. "Seguían la espiral de Parker". Pero unas pocas horas más tarde Ulysses fue sorprendida por un chorro de protones desde un ángulo de 90^o.

¡La "bolita" había atravesado el tubo!

"El nombre técnico para esto es difusión de campo transversal", dice Zhang. "Esto sucede cuando los campos magnéticos se enredan". Las partículas se encuentran entonces capacitadas para migrar o "esparcirse" desde una línea de fuerza retorcida a otra. "Muy pronto empiezan a moverse en direcciones inesperadas", agrega.

Esto es un problema, dice Zhang, debido a que las partículas subatómicas aceleradas por CMEs pueden ser "peores que la radiación de bombas nucleares". Predecir dónde irán estas partículas es crucial para la seguridad de astronautas y satélites. Los nanosatélites, un nuevo tipo de astronave en miniatura en proyecto, son particularmente vulnerables, dice Zhang. Sus diminutos circuitos electrónicos pueden ser deshabilitados por sólo un protón solar ("los iones pesados son incluso más efectivos", comenta) -- aunque los nanosatélites pueden sobrevivir a la tormenta de radiación simplemente desactivando los sistemas delicados hasta que la tormenta amaine.

Arriba: Los astronautas que caminan por el espacio necesitan buenos pronósticos de tormentas de radiación solar. [más información]

Los investigadores han desarrollado modelos por computador para predecir el comienzo de las tormenta de radiación tras las llamaradas solares y CMEs, "pero pocas veces incluyen la difusión de campo transversal", dice Zhang. "Es difícil de incluir", explica, "debido a que la difusión de campo transversal es un proceso complejo que ocurre en zonas donde los campos magnéticos están enmarañados -- en otras palabras, donde la espiral de Parker no está bien definida". La mayor parte del Sistema Solar es un territorio inexplorado, por esto los investigadores no saben dónde se encuentran estos líos.

"Aún tenemos mucho que aprender", concluye. ¿Cómo trabaja la difusión de campo transversal? ¿Dónde es más probable que aparezca? Con la ayuda de Ulysses, "estamos encontrando las respuestas".