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Astronomia

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Detallan en un estudio la relación entre las explosiones en el Sol y las tempestades magnéticas en la Tierra

Steele Hill/ NasaSol y Terra: bombardeo de energíasSteele Hill/ Nasa

Con su apariencia de una enorme bola de fuego en el cielo, el Sol está efectivamente lejos de ser un astro suave. En él se producen explosiones que oscilan entre una por semana durante los períodos de calma hasta dos o tres por día cuando la actividad es más intensa que arrojan partículas y gases sobrecalentados lejos del astro a velocidades de hasta 2.500 kilómetros por segundo y que introducen perturbaciones en el viento solar. Al igual que al arrojar una piedra al agua, cuando ésta genera ondas concéntricas, las explosiones solares eyectan material y dan origen a ondas de choque que pueden llegar hasta la Tierra. Este fenómeno impresiona y es deslumbrante cuando se lo captura en imágenes; pero en realidad, en esta área de la astronomía, lo que es sorprendente es lo poco que se sabe. La disminución de dicha falta de conocimiento, la descripción de las consecuencias de estas explosiones y la evaluación de cómo afectan al planeta constituyen las tareas de la geofísica espacial Cristiane Loesch, del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe). La comprensión de la actividad solar es un objetivo cada vez más importante, tal como lo recuerda Sir John Beddington en la entrevista de esta edición (lea el texto aquí).

El material eyectado del Sol durante las explosiones carga un campo magnético que, al acercarse a la Tierra, altera a su vez el campo magnético del planeta, y así ocasiona las llamadas tempestades magnéticas. Este fenómeno puede causar problemas a la navegación o a la aviación, y a los astronautas que cumplen funciones en el espacio; e incluso puede manifestarse de manera más prosaica, al interferir en el funcionamiento del sistema eléctrico y producir apagones, como el que dejó parte de Canadá a oscuras en 1989. Uno de los problemas a la hora de describir el fenómeno con exactitud es que no basta con apuntar el telescopio hacia el Sol, ya que su luminosidad encandila y no deja ver qué sucede alrededor. La investigadora del Inpe recurre por eso a simulaciones basadas en modelos que describen los efectos de esas explosiones de gases solares, conocidas como eyecciones de masa coronal (CMEs, sigla en inglés). Nadie sabe todavía precisamente cómo funcionan esas erupciones en el Sol, explica. Mediante ese recurso teórico, ella dirige su mirada hacia la región de la atmósfera solar más cercana al Sol, conocida como baja corona solar, una zona hasta ahora muy poco explorada.

Durante su doctorado, bajo la dirección de Maria Virginia Alves, también del Inpe, y en colaboración con Merav Opher, una astrofísica brasileña radicada en Estados Unidos, Cristiane comparó las previsiones de dos de esos modelos teóricos para estudiar en dicha región las firmas de dos CMEs con configuraciones distintas. Observó que la energía magnética de la CME se convierte en energía térmica y  cinética a medida que se aleja del origen y que las características magnéticas iniciales importan poco cuando se trata de las velocidades de choque subsiguientes. Asimismo, ambos modelos son bastante parecidos en lo atinente a las consecuencias de las CMEs cerca del Sol, a una distancia equivalente a entre dos y seis veces el radio del astro, según lo muestra en un artículo publicado en abril de este año en el Journal of Geophysical Research. Allí el viento tiene todavía una estructura muy solar, con las características típicas de los alrededores del astro,  sostiene, y más cerca de la superficie suceden mucha cosas que no se entienden. Para tener una noción de la escala, la distancia entre la Tierra y el Sol es de alrededor de 212 radios solares.

En teoría
La semejanza de los resultados obtenidos con ambos modelos fue una sorpresa, porque los mismos parten de premisas que deberían generar interacciones distintas entre la CME y el viento solar. Con todo, en ambos casos, las CMEs generan una onda de choque que se propaga más rápido que la propia explosión y avanza en dirección a la Tierra; y empujan una zona de viento solar perturbado conocida como vaina. Esa vaina se ensancha a medida que se aleja del Sol, y, según comenta Cristiane, puede hacer que se incremente hasta un 29% la entrada de energía en la magnetosfera. Eso puede podría contribuir con las tempestades magnéticas en la Tierra.

Cristiane verificó que el tamaño de esa vaina es distinto en ambos modelos y  observó en ellas una segunda onda de choque. Resta entender mejor todavía el porqué de ello. Para investigar qué es lo que genera ese choque posterior, que aparece a poco menos de 2,5 radios solares, Merav sugirió a Indajit Das, en ese entonces su alumno de doctorado, que examinase las CMEs como un todo y analizase qué puede generar una compresión atrás del choque. La compresión es especialmente alta en la baja corona solar, en donde la densidad del viento solar es más alta, de acuerdo con el trabajo de Das publicado en marzo en Astrophysical Journal. El artículo, que salió en coautoría con Cristiane, muestra que cuando la CME se aleja del Sol, el campo magnético que está adelante se comprime y el plasma existente entre las líneas de campo sale hacia los costados, creando una región poco densa en la vaina. Es como un barco que empuja al agua, compara la investigadora del Inpe: el agua pasa por los costados. El estudio muestra también que la CME puede dar origen al choque posterior cuando empuja al plasma de la vaina, acumulando masa.

Aún queda mucho por describir minuciosamente en cuanto al comportamiento de los fenómenos y el porqué de los mismos. Pero lo que parece cierto es que, hasta tres radios de distancia del astro que ilumina la Tierra, los choques ocasionados por las CMEs se asocian a la aceleración de partículas. Ahora Cristiane procura comprender qué sucede en el resto del espacio que separa al Sol de la Tierra. Pretende hacer un seguimiento de la perturbación ocasionada por las vainas de las eyecciones de masa coronal hasta el planeta para ver qué variaciones ocasionan en el campo magnético terrestre y cómo puede relacionarse esto con lo que sucede en el Sol. Es un largo trayecto.

Artículos científicos
LOESCH, M. et al. Signatures of two distinct driving mechanisms in the evolution of coronal mass ejections in the lower corona. Journal of Geophysical Research. v. 116. abr. 2011.
DAS, i. et al. Evolution of piled-up compressions in modeled coronal mass ejection sheaths and the resulting sheath structures. The Astrophysical Journal. v. 729, n. 112. mar. 2010.

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