Una alineación cósmica y un poco de gimnasia espacial han proporcionado una medición revolucionaria que está ayudando a resolver el misterio cósmico de 65 años de por qué la atmósfera del Sol está tan caliente. La atmósfera del Sol se llama la corona. Está compuesta por un gas eléctricamente cargado conocido como plasma y tiene una temperatura de alrededor de un millón de grados Celsius. Su temperatura es un misterio duradero porque la superficie del Sol es de alrededor de 6.000 grados.
La corona debería ser más fría que la superficie porque la energía del Sol proviene del núcleo y naturalmente las cosas se enfrían a medida que se alejan de una fuente de calor. Sin embargo, la corona es más de 150 veces más caliente que la superficie. Debe estar en juego otro método para transferir energía al plasma, pero ¿cuál?
Desde hace mucho tiempo se ha sospechado que la turbulencia en la atmósfera solar podría resultar en un calentamiento significativo del plasma en la corona. Pero cuando se trata de investigar este fenómeno, los físicos solares se encuentran con un problema práctico: es imposible recopilar todos los datos que necesitan con una sola nave espacial.
Existen dos formas de investigar el Sol: la detección remota y las mediciones in situ. En la detección remota, la nave espacial se posiciona a una cierta distancia y utiliza cámaras para observar el Sol y su atmósfera en diferentes longitudes de onda. Para las mediciones in situ, la nave espacial atraviesa la región que desea investigar y toma mediciones de las partículas y los campos magnéticos en esa parte del espacio. Ambos enfoques tienen sus ventajas. La detección remota muestra los resultados a gran escala pero no los detalles de los procesos que ocurren en el plasma. Mientras tanto, las mediciones in situ proporcionan información altamente específica sobre los procesos a pequeña escala en el plasma, pero no muestran cómo esto afecta a gran escala.
Para obtener el panorama completo, se necesitan dos naves espaciales. Esto es exactamente lo que tienen actualmente los físicos solares en forma de la nave espacial Solar Orbiter liderada por la ESA y la sonda Parker Solar Probe de la Nasa. Solar Orbiter está diseñada para acercarse lo más posible al Sol y realizar operaciones de detección remota, junto con mediciones in situ. Parker Solar Probe renuncia en gran medida a la detección remota del propio Sol para acercarse aún más y tomar mediciones in situ. Pero para aprovechar al máximo sus enfoques complementarios, Parker Solar Probe debería estar dentro del campo de visión de uno de los instrumentos de Solar Orbiter.
De esa manera, Solar Orbiter podría registrar las consecuencias a gran escala de lo que Parker Solar Probe estaba midiendo in situ. Daniele Telloni, investigador del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) en el Observatorio Astrofísico de Torino, es parte del equipo detrás del instrumento Metis de Solar Orbiter. Metis es un coronógrafo que bloquea la luz de la superficie del Sol y toma imágenes de la corona. Es el instrumento perfecto para realizar mediciones a gran escala, por lo que Daniele comenzó a buscar momentos en los que Parker Solar Probe se alinearía. Descubrió que el 1 de junio de 2022, las dos naves espaciales estarían en la configuración orbital correcta. Básicamente, Solar Orbiter estaría observando el Sol y Parker Solar Probe estaría justo al lado, tentadoramente cerca pero fuera del campo de visión del instrumento Metis.
Mientras Daniele analizaba el problema, se dio cuenta de que todo lo que se necesitaba para que Parker Solar Probe estuviera a la vista era un poco de gimnasia con Solar Orbiter: un giro de 45 grados y luego apuntar ligeramente lejos del Sol. Pero cuando cada maniobra de una misión espacial se planifica cuidadosamente de antemano y las naves espaciales están diseñadas para apuntar solo en direcciones muy específicas, especialmente cuando se enfrentan al temible calor del Sol, no estaba claro que el equipo de operaciones de la nave autorizaría tal desviación. Sin embargo, una vez que todos entendieron el potencial retorno científico, la decisión fue un claro ‘sí’.
El giro y el apuntamiento fuera del eje continuaron. Parker Solar Probe entró en el campo de visión y juntas las naves espaciales realizaron las primeras mediciones simultáneas de la configuración a gran escala de la corona solar y las propiedades microfísicas del plasma. «Este trabajo es el resultado de las contribuciones de muchas, muchas personas», dice Daniele, quien lideró el análisis de los conjuntos de datos.
Trabajando juntos, pudieron realizar la primera estimación observacional e in situ combinada de la tasa de calentamiento coronal. «La capacidad de utilizar tanto Solar Orbiter como Parker Solar Probe realmente ha abierto una dimensión completamente nueva en esta investigación», dice Gary Zank, de la Universidad de Alabama en Huntsville, EEUU, y coautor del artículo resultante.
Al comparar la tasa recién medida con las predicciones teóricas realizadas por los físicos solares a lo largo de los años, Daniele ha demostrado que es casi seguro que los físicos solares tenían razón en su identificación de la turbulencia como una forma de transferir energía. La forma específica en que la turbulencia hace esto no es muy diferente de lo que sucede cuando revuelves tu taza de café por la mañana. Al estimular movimientos aleatorios de un fluido, ya sea un gas o un líquido, la energía se transfiere a escalas cada vez más pequeñas, lo que culmina en la transformación de la energía en calor. En el caso de la corona solar, el fluido también está magnetizado y, por lo tanto, la energía magnética almacenada también está disponible para convertirse en calor. Una transferencia de energía magnética y cinética de escalas más grandes a más pequeñas es la esencia misma de la turbulencia.
A las escalas más pequeñas, permite que las fluctuaciones finalmente interactúen con partículas individuales, principalmente protones, y las calienten. Se necesita más trabajo antes de que podamos decir que el problema del calentamiento solar está resuelto, pero ahora, gracias al trabajo de Daniele, los físicos solares tienen su primera medición de este proceso. «Este es un logro científico sin precedentes. Este trabajo representa un avance significativo en la resolución del problema del calentamiento coronal», dice Daniel Müller, científico del Proyecto.
