Las preguntas que Solar Orbiter debe responder. Parte I

Además de la importancia para avanzar en el conocimiento científico del universo en su conjunto, también hay motivos prácticos para querer conocer mejor el comportamiento de nuestra estrella.

A medida que aumente nuestra dependencia cotidiana de las tecnologías, y especialmente de los satélites, vamos a tener que entender el modo en que el Sol puede afectarlas para así poder construir sistemas fiables. Si realmente queremos que los astronautas vuelvan a explorar el sistema solar, tenemos que conocer el comportamiento del Sol para poder mantenerlos a salvo de la radiación peligrosa. Por todos estos motivos, Solar Orbiter tiene mucho trabajo por delante.

¿Cómo afecta a la Tierra el campo magnético del Sol?

A pesar de la emisión casi constante de luz visible e infrarroja, nuestra estrella más cercana es variable en otras longitudes de ondas; es ahí donde Solar Orbiter va a centrar sus investigaciones. La variabilidad tiende a ser más pronunciada en el ultravioleta y en rayos X, que son longitudes de onda más cortas que la luz que percibimos a simple vista. En las regiones del espectro electromagnético del ultravioleta y de rayos X, la cantidad de radiación emitida por el Sol puede ser decenas, centenas y, en casos extremos, hasta miles de veces mayor o menor. Esta asombrosa variabilidad se debe únicamente a la actividad magnética del Sol.

Desde hace más de siglo y medio se sabe que el Sol es capaz de transmitir a través del espacio energía electromagnética que puede afectar a la tecnología en la Tierra. En 1850, se advirtió que un inexplicable desvío diario en las agujas de las brújulas se correlacionaba con el promedio de manchas en el Sol. Desconcertado por la idea de que el Sol sería un objeto magnético, sir John Herschel afirmaba en una carta a Michael Faraday, que en aquel momento experimentaba con la electricidad y el magnetismo: “A menos que todo esto fuere prematuro, nos hallamos al borde de un enorme descubrimiento cósmico, sin parangón con nada de lo imaginado hasta ahora”.

Herschel no se equivocaba, y el estudio de la relación electromagnética entre el Sol y la Tierra no ha dejado de adquirir relevancia en los últimos 170 años. La sonda Solar Orbiter de la ESA está diseñada para llevar estas investigaciones a un estadio de madurez, al observar con un nivel de detalle sin precedentes cómo el Sol genera y propaga su campo magnético por el espacio, así como las fuentes de variabilidad de tal generación.

¿Qué provoca la dinamo solar?

El campo magnético del Sol es responsable de toda la actividad solar que vemos; genera el ciclo de 11 años que provoca el aumento y disminución del número de manchas solares, y controla el comportamiento de la atmósfera solar. Además, este campo magnético rodea el conjunto del sistema solar en una burbuja gigante denominada “heliosfera”, llena de gas electrificado conocido como “plasma”. Las perturbaciones en el plasma afectan a los planetas, dando lugar a las auroras y provocando interferencias en el comportamiento de las tecnologías. Aun así, todavía no entendemos bien la manera en que este campo magnético se genera dentro del Sol.

“Sabemos que el campo magnético es responsable de toda la actividad del Sol, pero no sabemos cómo se produce”, admite Sami Solanki, director del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar de Gotinga (Alemania) e investigador principal de la Cámara de Imagen Polarimétrica y Heliosísmica (PHI), uno de los instrumentos a bordo de Solar Orbiter. “Creemos que la responsable es una dinamo en el interior del Sol, similar a la que produce el campo magnético terrestre, aunque en realidad desconocemos cómo funciona dicha dinamo solar”. Para abordar este misterio, Solar Orbiter investigará la generación inicial del campo magnético en lo profundo del Sol. Pero ¿cómo podemos estudiar todo esto cuando no podemos ver más allá de la superficie solar y los campos magnéticos son invisibles al ojo humano? Ahí es donde entra en juego PHI.

El instrumento observa una longitud de onda específica de la luz, conocida como “línea espectral”, que emiten los átomos de hierro que contiene el Sol. En presencia de un campo magnético, los átomos de hierro se deforman y la línea espectral se divide en distintos componentes mediante un fenómeno denominado “efecto Zeeman”. La escala de esta división permite a los científicos medir la fuerza del campo magnético. Además, PHI también mide una segunda propiedad de la línea, la polarización, que contiene información sobre la dirección del campo magnético.

“Tenemos que analizar la luz que proviene del Sol en todos los aspectos, por lo que el sistema óptico que hemos integrado en el instrumento es muy complejo”, explica Achim Grandorfer, del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS) y miembro del equipo de PHI.

PHI también “observará” bajo la superficie del Sol. Esta se halla en un movimiento constante de ascenso y descenso debido a que la convección y a las turbulencias por debajo crean el equivalente de ondas sísmicas que se propagan por el interior del astro. PHI medirá estos movimientos con un nivel de precisión inédito, lo que permitirá a los científicos ejecutar modelos computacionales del interior del Sol para ver qué condiciones permiten la formación de las ondas detectadas.

Esto es importante para comprender cómo se genera el campo magnético, ya que los teóricos creen que se origina en una región del interior del Sol llamada “tacoclina”. Se trata de la capa situada aproximadamente a un 30 % de profundidad, donde las propiedades de rotación del Sol cambian drásticamente, provocando unas grandes fuerzas de cizalla en el plasma. El movimiento provocado en el plasma sería lo que genera el campo magnético que asciende hasta la superficie solar.

Continuará

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