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Una nueva vista de las pequeñas estructuras solares permite a la NASA explorar el viento solar como nunca antes

Parker Solar Probe Switchbacks

Plumas solares Plumas solares

Los científicos utilizaron el procesamiento de imágenes en imágenes de alta resolución del Sol para revelar distintas "plumas" dentro de las estructuras del Sol llamadas plumas solares. El Sol de disco completo y el lado izquierdo de la imagen insertada fueron capturados por el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA en una longitud de onda de luz ultravioleta extrema y procesados ​​para reducir el ruido. El lado derecho del recuadro se ha procesado aún más para mejorar las pequeñas características en las imágenes, revelando los bordes de las plumas con detalles claros. Estos plumelets podrían ayudar a los científicos a comprender cómo y por qué se forman las perturbaciones en el viento solar. Crédito: NASA / SDO / Uritsky, et al.

Los científicos han combinado NASA datos y procesamiento de imágenes de vanguardia para obtener una nueva perspectiva de las estructuras solares que crean el flujo de viento solar de alta velocidad del Sol, detallado en una nueva investigación publicada hoy (19 de enero de 2021) en El diario astrofísico. Este primer vistazo a características relativamente pequeñas, denominadas "plumelets", podría ayudar a los científicos a comprender cómo y por qué se forman las perturbaciones en el viento solar.

La influencia magnética del Sol se extiende miles de millones de millas, mucho más allá de la órbita de Plutón y los planetas, definidos por una fuerza impulsora: el viento solar. Este flujo constante de material solar lleva el campo magnético del Sol al espacio, donde da forma a los entornos alrededor de la Tierra, otros mundos y los confines del espacio profundo. Los cambios en el viento solar pueden crear efectos del clima espacial que influyen no solo en los planetas, sino también en los exploradores humanos y robóticos de todo el sistema solar, y este trabajo sugiere que las características relativamente pequeñas, previamente inexploradas, cercanas a la superficie del Sol podrían desempeñar un papel crucial. en las características del viento solar.

"Esto muestra la importancia de las estructuras y procesos a pequeña escala en el Sol para comprender el viento solar y el sistema meteorológico espacial a gran escala", dijo Vadim Uritsky, científico solar de la Universidad Católica de América y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, quien dirigió el estudio.

Como todo material solar, que se compone de un tipo de gas ionizado llamado plasma, el viento solar está controlado por fuerzas magnéticas. Y las fuerzas magnéticas en la atmósfera del Sol son particularmente complejas: la superficie solar está atravesada por una combinación en constante cambio de bucles cerrados de campo magnético y líneas de campo magnético abierto que se extienden hacia el sistema solar.

Concepto del artista SDO

Concepto artístico del Observatorio de Dinámica Solar (SDO). Crédito: Laboratorio de imágenes conceptuales del Centro de vuelos espaciales Goddard / NASA

Es a lo largo de estas líneas abiertas del campo magnético que el viento solar escapa del Sol al espacio. Las áreas de campo magnético abierto en el Sol pueden crear agujeros coronales, parches de densidad relativamente baja que aparecen como manchas oscuras en ciertas vistas ultravioleta del Sol. A menudo, incrustados dentro de estos agujeros coronales hay géiseres de material solar que salen del Sol durante días a la vez, llamados plumas. Estas columnas solares aparecen brillantes en vistas ultravioleta extremas del Sol, haciéndolas fácilmente visibles para observatorios como el satélite Observatorio de Dinámica Solar de la NASA y otras naves e instrumentos espaciales. Como regiones de material solar particularmente denso en campo magnético abierto, las plumas juegan un papel importante en la creación del viento solar de alta velocidad, lo que significa que sus atributos pueden moldear las características del viento solar en sí.

Utilizando observaciones de alta resolución del satélite Observatorio de Dinámica Solar de la NASA, o SDO, junto con una técnica de procesamiento de imágenes desarrollada para este trabajo, Uritsky y sus colaboradores descubrieron que estas columnas están compuestas de hebras de material mucho más pequeñas, a las que llaman plumas. Si bien la totalidad de la pluma se extiende a lo largo de aproximadamente 70,000 millas en las imágenes de SDO, el ancho de cada filamento de la pluma tiene solo unos pocos miles de millas de ancho, que van desde alrededor de 2,300 millas en la más pequeña hasta alrededor de 4,500 millas de ancho para las plumas más anchas observadas.

Aunque trabajos anteriores han insinuado la estructura dentro de las plumas solares, esta es la primera vez que los científicos han observado las plumas con un enfoque nítido. Las técnicas utilizadas para procesar las imágenes redujeron el “ruido” en las imágenes solares, creando una vista más nítida que reveló los plumelets y sus cambios sutiles con detalles claros.

Su trabajo, centrado en una pluma solar observada el 2 y 3 de julio de 2016, muestra que el brillo de la pluma proviene casi en su totalidad de las plumas individuales, sin mucha pelusa adicional entre las estructuras. Esto sugiere que las plumas son más que una característica dentro del sistema más grande de una columna, sino más bien los componentes básicos de los que están hechas las plumas.

"La gente ha visto estructura en y en la base de las plumas durante un tiempo", dijo Judy Karpen, una de las autoras del estudio y jefa del Laboratorio de Meteorología Espacial de la División de Ciencias Heliofísicas de la NASA Goddard. "Pero hemos descubierto que la pluma en sí misma es un haz de estas plumas más densas y fluidas, que es muy diferente de la imagen de las plumas que teníamos antes".

También encontraron que las plumas se mueven individualmente, cada una oscilando por sí misma, lo que sugiere que el comportamiento a pequeña escala de estas estructuras podría ser un factor importante detrás de las interrupciones en el viento solar, además de su comportamiento colectivo a gran escala.

Buscando firmas plumelet

Los procesos que crean el viento solar a menudo dejan firmas en el viento solar mismo: cambios en la velocidad, composición, temperatura y campo magnético del viento que pueden proporcionar pistas sobre la física subyacente del Sol. Los plumelets solares también pueden dejar tales huellas dactilares, revelando más sobre su papel exacto en la creación del viento solar, aunque encontrarlos e interpretarlos puede ser su propio y complejo desafío.

Una fuente clave de datos será la sonda solar Parker de la NASA, que ha volado más cerca del Sol que cualquier otra nave espacial, alcanzando distancias de hasta 4 millones de millas de la superficie solar al final de su misión, captura mediciones de alta resolución del viento solar cuando se balancea con el sol cada pocos meses. Sus observaciones, más cercanas al Sol y más detalladas que las de misiones anteriores, podrían revelar firmas de plumelet.

Conmutadores de sonda solar Parker

Durante su primer sobrevuelo solar en noviembre de 2018, la sonda solar Parker de la NASA observó retrocesos: inversiones repentinas en el campo magnético del viento solar, que se ilustra aquí. Los plumelets solares recién observados pueden producir firmas similares a las curvas. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA / Laboratorio de imágenes conceptuales / Adriana Manrique Gutierrez

De hecho, uno de los primeros e inesperados hallazgos de Parker Solar Probe podría estar relacionado con plumelets. Durante su primer sobrevuelo solar en noviembre de 2018, Parker Solar Probe observó cambios repentinos en la dirección del campo magnético del viento solar, apodados "cambios de sentido". La causa y la naturaleza exacta de los retrocesos sigue siendo un misterio para los científicos, pero las estructuras a pequeña escala como los plumelets podrían producir firmas similares.

Encontrar firmas de los plumelets dentro del propio viento solar también depende de qué tan bien estas huellas dactilares sobreviven a su viaje lejos del Sol, o si quedarían borradas en algún lugar a lo largo de los millones de millas que viajan desde el Sol hasta nuestros observatorios en el espacio.

La evaluación de esa pregunta dependerá de observatorios remotos, como la ESA y el Solar Orbiter de la NASA, que ya ha tomado las imágenes más cercanas del Sol, incluida una vista detallada de la superficie solar, imágenes que solo mejorarán a medida que la nave espacial se acerque a la Tierra. Dom. La próxima misión PUNCH de la NASA, dirigida por Craig DeForest, uno de los autores del estudio de plumelets, estudiará cómo la atmósfera del Sol se transforma en viento solar y también podría proporcionar respuestas a esta pregunta.

"PUNCH observará directamente cómo la atmósfera del Sol se transforma en viento solar", dijo Uritsky. "Esto nos ayudará a comprender si las plumas pueden sobrevivir a medida que se propagan lejos del Sol, si realmente pueden inyectarse en el viento solar".

Referencia: “Plumelets: Dynamic Filamentary Structures in Solar Coronal Plumes” por V. M. Uritsky, C. E. DeForest, J. T. Karpen, C. R. DeVore, P. Kumar, N. E. Raouafi y P. F. Wyper, 19 de enero de 2021, El diario astrofísico.DOI: 10.3847 / 1538-4357 / abd186