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Observatorio de Dinámica Solar: La misión del "Sol variable"

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Observatorio de Dinámica Solar: La misión del "Sol variable"


El Observatorio de Dinámica Solar, programado para despegar el 9 de febrero, tomará películas tipo IMAX de las explosiones solares, escudriñará por debajo de la superficie solar para ver la dínamo interna del Sol y, esperan los investigadores, revelará los misterios de la variabilidad solar.

NASA

 

Febrero 5, 2010: Desde hace algunos años, una idea no ortodoxa ha estado ganando adeptos entre los astrónomos. Esta idea se contradice con las viejas enseñanzas y perturba a los observadores atentos, en especial a los climatólogos.

"El Sol", explica Lika Guhathakurta, de las oficinas centrales de la NASA, en Washington DC, "es una estrella variable".

Concepto artístico del "Sol variable"Pero parece tan constante…

Esa es sólo una limitación del ojo humano. Modernos telescopios y naves espaciales han penetrado el cegador brillo del Sol y han encontrado un torbellino de agitación impredecible. Las llamaradas solares explotan con la energía de mil millones de bombas atómicas. Nubes de gas magnetizado (eyecciones de masa coronal o CMEs, por su sigla en idioma inglés) lo suficientemente grandes como para tragar planetas se separan de la superficie estelar. Agujeros en la atmósfera del Sol arrojan ráfagas de viento solar que se mueven a millones de kilómetros por hora.

Y esas son las cosas que pueden ocurrir en un mismo día.

A lo largo de prolongados períodos (que abarcan desde décadas hasta siglos), la actividad solar aumenta y disminuye con un ritmo complejo que los investigadores aún están tratando de entender. El "latido" más famoso es el ciclo de manchas solares de 11 años, descripto en muchos textos como un proceso regular y preciso. De hecho, parece tener mente propia.

 

 

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"Ni siquiera es 11 años", dice Guhathakurtha. "El ciclo varía de 9 a 12 años. Algunos ciclos son intensos, con muchas manchas y llamaradas solares; otros son moderados, con relativamente poca actividad solar. En el siglo XVII, durante el período llamado 'Mínimo de Maunder', el ciclo pareció detenerse por completo durante aproximadamente 70 años y nadie sabe por qué".

Sin embargo, no hay necesidad de ir tan atrás en el tiempo para encontrar un ejemplo de la impredecibilidad del ciclo. En este momento, el Sol está saliendo de un mínimo solar del tipo del que no se ve en más de un siglo y que casi nadie anticipó.

"La profundidad del mínimo solar en 2008-2009 realmente nos tomó por sorpresa", dice el experto en manchas solares David Hathaway, del Centro Marshall para Vuelos Espaciales, ubicado en Huntsville, Alabama. "Eso remarca cuán lejos estamos aún de predecir la actividad solar".

ver imagen Eso es un problema, porque la sociedad humana es cada vez más vulnerable a los incrementos de la actividad solar. La gente moderna depende de una red de sistemas de alta tecnología interconectados para realizar actividades básicas de todos los días. Redes de energía inteligentes, navegación por GPS (Global Positioning System, en idioma inglés, o Sistema de Posicionamiento Global, en idioma español), viajes aéreos, servicios financieros, comunicaciones de emergencia por radio... todos ellos pueden verse afectados por una intensa actividad solar. Según un estudio llevado a cabo en 2008 por la Academia Nacional de Ciencias (National Academy of Sciences, en idioma inglés), una tormenta solar, de las que se ven una vez en un siglo, podría causar veinte veces más daño económico que el huracán Katrina.

Derecha: Áreas de Estados Unidos que son vulnerables al colapso de los sistemas eléctricos como respuesta a una tormenta geomagnética extrema. Fuente: Academia Nacional de Ciencias. [Más información]

"Entender la variabilidad solar es crucial", dice la científica del espacio Judith Lean, del Laboratorio de Investigación Naval (Naval Research Lab, en idioma inglés), ubicado en Washington DC. "Nuestro modo de vida moderno depende de eso".

Y aquí entra en escena el Observatorio de Dinámica Solar (Solar Dynamics Observatory, en idioma inglés) o —"SDO" para abreviar—, cuyo lanzamiento está programado para el 9 de febrero de 2010, desde el Centro Espacial Kennedy (Kennedy Space Center, en idioma inglés), ubicado en Florida.

El SDO está diseñado para explorar la variabilidad solar de una manera diferente a cualquier otra misión en la historia de la NASA. Observará al Sol más rápido, con mayor profundidad y con mayor detalle que anteriores observatorios, rompiendo las barreras de tiempo y nitidez que han bloqueado durante mucho tiempo el progreso de la física solar.

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Arriba: Estos campos magnéticos de las manchas solares están a punto de estallar. El SDO tomará imágenes como esta, sólo que mucho mejores, con una resolución 10 veces mejor que la HD, suficientemente nítidas y grandes como para llenar una pantalla IMAX. [Ver película]

Guhathakurta cree que "el SDO va a revolucionar nuestra visión del Sol".

La revolución comienza con la fotografía de alta velocidad. El SDO capturará imágenes del Sol con calidad IMAX, cada 10 segundos, usando un banco de telescopios de múltiples longitudes de onda llamado Generador de Imágenes Atmósfericas (Atmospheric Imaging Assembly, en idioma inglés, ó AIA para abreviar). A modo de comparación, observatorios anteriores han tomado imágenes cada pocos minutos, en el mejor de los casos, con resoluciones como las que se ven en internet, no en un cine. Los investigadores creen que la rapidez del SDO para tomar fotografías podría tener el mismo efecto transformador en la física solar que la invención de la fotografía de alta velocidad tuvo en muchas ciencias, en el siglo XIX.

El SDO no se detiene en la superficie estelar. El Generador de Imágenes Magnéticas y Heliosísmicas (Helioseismic Magnetic Imager, ó HMI, en idioma inglés) del SDO, de hecho, puede mirar la dínamo solar en el interior del Sol.

ver película La dínamo solar es una red de profundas corrientes de plasma que generan el enredado y, a veces, explosivo campo magnético del Sol. Regula todas las formas de actividad solar, desde las rapidísimas erupciones de llamaradas solares hasta las ondulaciones del ciclo de manchas solares en escalas de décadas.

Derecha: Concepto artístico de la dínamo solar. Película #1, #2, #3.

"Entender cómo funciona la dínamo solar ha sido, durante mucho tiempo, el 'santo grial' de la física solar", dice Dean Pesnell, del Centro Goddard para Vuelos Espaciales (Goddard Space Flight Center, en idioma inglés), ubicado en Greenbelt, Maryland. "El HMI podría finalmente entregárnoslo".

La dínamo está oculta de nuestra vista por aproximadamente 225.000 kilómetros (140.000 millas) de gas caliente que lo cubre. El SDO penetra el velo usando una técnica familiar para los geólogos: la sismología. Así como los geólogos examinan el interior de la Tierra usando las ondas generadas en los terremotos, los físicos solares pueden examinar el interior del Sol usando ondas acústicas producidas por la propia turbulencia solar, que hierve. El HMI detecta las ondas, las cuales son transformadas por los investigadores en la Tierra en imágenes bastante nítidas.

"Es bastante parecido al ultrasonido que se le practica a una mujer embarazada", explica Pesnell. "Podemos ver 'al bebé' a través de la piel".


Nota de recuadro: 'Constante Solar' es un oxímoron

Hubo un tiempo en el cual los astrónomos estaban tan convencidos de la constancia del Sol, que llamaron a la irradiancia solar "la constante solar", y se encaminaron a medirla como lo harían con cualquier constante de la naturaleza. Por definición, la constante solar es la cantidad de energía solar depositada en la capa superior de la atmósfera de la Tierra en unidades de watt por metro cuadrado. Todas las longitudes de onda de radiación están incluidas (radio, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X, etc.). El valor aproximado de la constante solar es 1361 W/m2.

Las nubes, la absorción atmosférica y otros factores complican las mediciones desde la superficie de la Tierra, así que la NASA ha llevado los dispositivos de medición al espacio. Hoy VIRGO, ACRIM y SORCE están haciendo mediciones con precisiones que se aproximan a 10 partes por millón por año. Futuros instrumentos programados para volar en las naves espaciales Glory, de la NASA, y NPOESS, de la NOAA, esperan alcanzar precisiones aún más altas.

Para la sorpresa de muchos investigadores, la constante solar ha resultado ser no constante.

"La 'constante solar' es un oxímoron", dice Judith Lean, del Laboratorio de Investigación Naval. "Los datos proporcionados por satélites muestran que la irradiancia total del Sol crece y disminuye significativamente con el ciclo de manchas solares".

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Derecha: Mediciones de la misión SORCE indican que la variabilidad de la irradiancia total del Sol ha decrecido en los últimos seis años. [Imagen ampliada] [Ver película]

En el máximo solar, el Sol es cerca del 0,1% más brillante que en el mínimo solar. Eso puede sonar como que no es mucho, pero considere lo siguiente: un cambio del 0,1% en 1361 W/m2 es igual que 1,4 Watts/m2. Si se promedia este número en relación con la Tierra esférica y se corrige para la reflectividad de la Tierra, se obtienen 0,24 Watts por cada metro cuadrado de nuestro planeta.

"Si se suma todo, se obtendrá una gran cantidad de energía", dice Lean. "Cómo es que esto podría afectar al tiempo y al clima es materia de un (a veces apasionado) debate".

Debido a que el SDO se especializa en longitudes de onda del ultravioleta extremo, no realizará mediciones directas de la irradiancia solar total, la cual requiere sensibilidad a lo largo de todo el espectro electromagnético. No obstante, una combinación de datos proporcionados por el SDO y por otras naves espaciales podría arrojar luz sobre este importante tema; y quizás también podría revelar otros oxímoron.


SDO: La misión del "Sol variable" (Continuación)

Finalmente (y lo que es de la mayor relevancia para la Tierra), el SDO observará al Sol en longitudes de onda donde el Sol es más variable, en el ultravioleta extremo (UVE). Los fotones en el UVE son los primos de alta energía de los rayos UV (ultravioletas) que causan quemaduras de sol. Afortunadamente, nuestra atmósfera bloquea los rayos solares en el UVE; de otra manera, un día en la playa podría ser fatal. En el espacio, la emisión de rayos solares en el UVE es fácil de detectar y podría decirse que es el indicador más sensible de la actividad del Sol.

"Si los ojos humanos pudieran ver las longitudes de onda en el UVE, nadie dudaría de que el Sol es una estrella variable", dice Tom Woods, de la Universidad de Colorado, en Boulder.

Haga clic para ver la películaDurante una llamarada solar, la producción de radiación en el ultravioleta extremo del Sol puede variar por factores de cientos a miles en cuestión de segundos. Los aumentos en la cantidad de fotones en el UVE calientan la atmósfera superior de la Tierra, provocando de este modo que la atmósfera se "infle" y arrastre hacia la Tierra a los satélites ubicados en órbitas bajas. Los rayos en el UVE también rompen átomos y moléculas y crean así una capa de iones en la atmósfera superior que puede perturbar seriamente las señales de radio. De acuerdo con la opinión de Judith Lean, "el UVE controla el medio ambiente de la Tierra en toda la atmósfera arriba de los 100 km, aproximadamente".

"En el UVE es donde está la acción", concuerda Woods.

Es por ello que Woods y sus colegas construyeron un sensor del ultravioleta extremo para el SDO, llamado Experimento de Variabilidad del UVE (EUV Variability Experiment ó "EVE", en idioma inglés). "El EVE nos da la más alta resolución temporal (10 seg) y la mayor resolución espectral (< 0,1 nm) que hemos tenido para medir el Sol, y las tendremos disponibles las 24 horas del día, durante los 7 días de la semana", dice. "Esta es una enorme mejoría respecto de las misiones anteriores".

Woods espera que EVE revele con qué velocidad puede cambiar el Sol ("realmente no lo sabemos", apunta) y que sorprenda a los astrónomos con el tamaño de los estallidos.

EVE, AIA, HMI. Durante los próximos cinco años, el Observatorio de Dinámica Solar usará estos instrumentos con el fin de definir nuevamente a nuestra estrella y su potencial de variabilidad. ¿Qué ideas no ortodoxas nos enviarán? ¡Viejas enseñanzas, tengan cuidado!

 

Créditos y Contactos

Autor: Dr. Tony Phillips 
Funcionario Responsable de NASA: John M. Horack
Editor de Producción: Dr. Tony Phillips 
Curador: Bryan Walls

Relaciones con los Medios: Steve Roy
Traducción al Español: Ramiro Franco
Editor en Español: Angela Atadía de Borghetti
Formato: Ramiro Franco
El Directorio de Ciencias del Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA patrocina el Portal de Internet de Science@NASA que incluye a Ciencia@NASA. La misión de Ciencia@NASA es ayudar al público a entender cuán emocionantes son las investigaciones que se realizan en la NASA y colaborar con los científicos en su labor de difusión.


 


Más información (en inglés)

Observatorio de Dinámica Solar —portal

Películas del SDO