sábado, 27 de julio de 2013

Cordón gigante en los confines del sistema solar: ¿Misterio resuelto?


Enero 15, 2010: El año último, cuando la nave espacial IBEX (sigla en idioma inglés de: Interstellar Boundary Explorer o Explorador de la Frontera Interestelar) descubrió un cordón gigante en los confines del sistema solar, los investigadores quedaron desconcertados. Lo llamaron "un resultado impactante" y quedaron intrigados sobre su origen. Ahora, parece que el misterio podría haber sido resuelto.
"Pensamos que el cordón es una reflexión", dice Jacob Heerikhuisen, quien es un Investigador de Heliofísica Invitado en la NASA, de la Universidad de Alabama, en Huntsville. "Se trata del lugar donde las partículas del viento solar, que se dirigen hacia el espacio interestelar, son reflejadas nuevamente hacia el sistema solar debido a la acción de un campo magnético".
Heerikhuisen es el autor principal del artículo en el cual se informan los resultados, en la edición del 10 de enero de la revista Astrophysical Journal Letters.

Derecha: Concepto artístico del Explorador de la Frontera Interestelar (IBEX, en idioma inglés).
 
 
"Este es un descubrimiento importante", dice Arik Posner, científico del programa IBEX, en las oficinas centrales de la NASA. "El espacio interestelar justo después de los confines del sistema solar es un territorio en su mayoría inexplorado. Ahora sabemos que podría haber un campo magnético fuerte y bien organizado posado justo en el umbral del sistema solar".

Los datos proporcionados por la sonda IBEX encajan muy bien con los resultados recientes provistos por las naves Voyager. Las Voyager 1 y 2 se encuentran ubicadas cerca de la orilla del sistema solar y ellas también han detectado un fuerte magnetismo* en las cercanías. Sin embargo, las mediciones de Voyager son de regiones relativamente cercanas a la nave espacial. IBEX está completando "el gran cuadro". El cordón que ve es amplio y se extiende casi por todo el cielo, lo cual sugiere que el campo magnético que yace detrás de él es igualmente extenso.
Aunque los mapas del cordón (ver abajo) parecen mostrar un cuerpo luminoso, el cordón en sí no emite luz. En cambio, se hace notar a través de partículas llamadas "átomos neutrales energéticos" (energetic neutral atoms o ENAs, en idioma inglés), los cuales son en su mayoría átomos de hidrógeno comunes y corrientes. El cordón emite estas partículas, que son recogidas por la sonda IBEX en órbita alrededor de la Tierra.


ver imagen

Arriba: Comparación de las observaciones llevadas a cabo por la sonda IBEX (izquierda) con un modelo de reflexión que incluye un campo magnético tridimensional (derecha). Más imágenes: datos, modelo

El proceso de reflexión propuesto por Heerikhuisen y colaboradores es algo complicado e involucra múltiples reacciones con "intercambio de cargas" entre los protones y los átomos de hidrógeno. Sin embargo, el resultado es simple. Las partículas del viento solar que escapan del sistema solar son interceptadas a aproximadamente ~100 unidades astronómicas (~15 mil millones de kilómetros) por un campo magnético interestelar. Las fuerzas magnéticas capturan las partículas que escapan y las lanzan de regreso hacia el sitio desde donde salieron.
"Si este mecanismo es correcto (y no todos están de acuerdo), entonces la forma del cordón nos está diciendo mucho sobre la orientación del campo magnético en nuestro rincón de la galaxia Vía Láctea", hace notar Heerikhuisen.
Y nuestro futuro podría depender de este campo.
El sistema solar está pasando a través de una región de la Vía Láctea que está repleta de rayos cósmicos y de nubes interestelares. El campo magnético de nuestro propio Sol, el cual es inflado por el viento solar formando de ese modo una burbuja llamada "heliósfera", nos protege considerablemente de esas cosas. Sin embargo, la burbuja es vulnerable a los campos externos. Un campo magnético fuerte, ubicado justo afuera del sistema solar, podría presionar la heliósfera e interactuar con ella de maneras desconocidas. ¿Esto reforzaría o debilitaría nuestro caparazón natural? Nadie lo sabe.

Derecha: Concepto artístico de las nubes interestelares en el vecindario galáctico del Sol. [Más información

"IBEX seguirá observando de cerca el cordón en los próximos meses y años", dice Posner. "Podríamos ver cambios en la forma del cordón; y eso nos mostraría cómo estamos interactuando con la galaxia".
Parece ser que podemos aprender bastante mirando al espejo. Manténgase al tanto de las actualizaciones de Ciencia@NASA.

sábado, 20 de julio de 2013

Variabilidad solar y clima terrestre

19 de enero de 2013: En la escala galáctica, el Sol es una estrella notablemente constante. Mientras que algunas estrellas experimentan dramáticas pulsaciones, y como consecuencia varían mucho en tamaño y brillo, e incluso explotan ocasionalmente, la luminosidad de nuestro Sol varía apenas un 0,1% a lo largo de su ciclo solar de 11 años.
Sin embargo, los investigadores están comenzando a darse cuenta de que estas aparentemente diminutas variaciones pueden tener un efecto significativo sobre el clima de la Tierra. Un nuevo informe, publicado por el Consejo Nacional de Investigaciones de Estados Unidos (National Research Council o NRC, por su sigla en idioma inglés), denominado "Los Efectos de la Variabilidad Solar sobre el Clima Terrestre", expone algunos de los sorprendentemente complejos mecanismos mediante los cuales la actividad solar puede hacerse sentir en nuestro planeta.


Sun-Climate (cycle, strip)
  Estas seis imágenes del Sol en el ultravioleta extremo, captadas por el Observatorio de Dinámica Solar (Solar Dynamics Observatory o SDO, por su sigla en idioma inglés), de la NASA, registran el creciente nivel de la actividad solar conforme el Sol se acerca hacia la cúspide del ciclo de manchas solares de 11 años de duración. [Más información
 
Entender la conexión entre el clima terrestre y el Sol requiere una amplia experiencia en campos como la física de plasmas, la actividad solar, la química atmosférica y la dinámica de fluidos, la física de partículas energéticas e incluso la historia de la Tierra. Ningún investigador tiene, por sí solo, el gran rango de conocimientos que se necesitan para resolver el problema. Para avanzar, el NRC tuvo que reunir a docenas de expertos en diversos campos en un solo taller de investigación. El informe resume los esfuerzos combinados para abordar el problema desde un contexto verdaderamente interdisciplinario.
Uno de los investigadores que participó en este taller, Greg Kopp, del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (Laboratory for Atmospheric and Space Physics, en idioma inglés), de la Universidad de Colorado, destacó que aunque las variaciones en la luminosidad a lo largo del ciclo solar de 11 años no ascienden a más de un décimo del uno por ciento de la producción total del Sol, esa fracción tan diminuta sigue siendo importante. "Incluso las variaciones de corto plazo típicas de 0,1% en la irradiación solar incidente supera a todas las demás fuentes de energía (como la radiactividad natural en el núcleo de la Tierra) combinadas", dice.
Es de particular importancia la radiación solar en el ultravioleta extremo (UVE), la cual alcanza su punto de mayor intensidad durante los años cercanos al máximo solar. Dentro de la relativamente estrecha banda de las longitudes de onda del UVE, la producción solar varía no por un minúsculo 0,1%, sino por enormes factores de 10 o más. Esto puede afectar considerablemente la química y la estructura térmica de la atmósfera superior.

Sun-Climate (tsi, strip)
 
 
 Las mediciones de la irradiación solar total (IST) realizadas desde el espacio muestran variaciones de ~0,1 por ciento en la actividad solar en escalas de tiempo de 11 años o menos. Estos datos han sido corregidos con el fin de compensar las diferencias de calibración entre los distintos instrumentos empleados para medir la IST. FUENTE: Cortesía de Greg Kopp, Universidad de Colorado. 
 
Varios investigadores discutieron formas en las cuales los cambios en la atmósfera superior pueden influir sobre la superficie de la Tierra. Hay muchos caminos "de arriba hacia abajo" para que el Sol ejerza su influencia. Por ejemplo, Charles Jackman, del Centro Goddard para Vuelos Espaciales (Goddard Space Flight Center, en idioma inglés), describió cómo el óxido nitroso (NOx) creado por partículas energéticas solares y rayos cósmicos en la estratósfera puede reducir los niveles de ozono en varios puntos porcentuales. Debido a que el ozono absorbe la radiación UV, tener menos ozono implica que más rayos UV del Sol pueden llegar a la superficie de la Tierra.

Isaac Held, de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (National Oceanic and Atmospheric Administration o NOAA, por su acrónimo en idioma inglés), exploró esta observación con más detalle. Él describió cómo es que la pérdida de ozono en la estratósfera podría alterar la dinámica de la atmósfera en las capas inferiores. "El enfriamiento de la estratósfera polar asociado con la pérdida de ozono incrementa el gradiente horizontal de temperatura cerca de la tropopausa", explica. "Esto altera el flujo de momento angular en los vórtices de latitudes intermedias. [El momento angular es importante ya que] el equilibrio del momento angular en la tropósfera controla los vientos superficiales que se mueven hacia el Oeste ('westerlies', en idioma inglés)". En otras palabras, el efecto de la actividad solar en la atmósfera superior puede, a través de una complicada cadena de influencias, empujar a las tormentas que se encuentran en la superficie fuera de su curso natural.

Sun-Climate (sep, strip)
 
 
 Diagrama que muestra cómo los rayos cósmicos galácticos y los protones solares penetran en la atmósfera. FUENTE: C. Jackman, Centro Goddard para Vuelos Espaciales, de la NASA, "El Impacto de la Precipitación de Partículas Energéticas sobre la Atmósfera", presentado en el Taller denominado los Efectos de la Variabilidad Solar sobre el Clima Terrestre, el 9 de septiembre de 2011. 
 
Muchos de los mecanismos propuestos en el taller son reminiscencias de las máquinas de Rube Goldberg (máquinas que operan a través de una compleja secuencia de acciones en cadena para producir un resultado simple). Dependen de interacciones que cuentan con muchos pasos entre múltiples capas atmosféricas y el océano; algunas de ellas están sujetas a la química para lograr su efecto, otras dependen de la termodinámica y de la física de fluidos. Pero que algo sea complicado no quiere decir que no sea real.

De hecho, Gerald Meehl, del Centro Nacional de Investigaciones Atmosféricas (National Center for Atmospheric Research o NCAR, por su sigla en idioma inglés), presentó evidencia convincente de que la variabilidad solar está produciendo un efecto sobre el clima, especialmente en el Pacífico. Según el informe, cuando los investigadores analizan los datos correspondientes a la temperatura superficial del océano durante los años en que hay más manchas solares, el Pacífico tropical muestra un pronunciado patrón similar a "La Niña", con regiones del Pacífico ecuatorial oriental que pueden enfriarse hasta un 1°C. Además, "hay indicios de incrementos de precipitación en la ZITC (Zona Inter–Tropical de Convergencia) del Pacífico y en la ZCPS (Zona de Convergencia del Pacífico Sur), así como de presiones a nivel del mar que están por encima de lo normal en latitudes intermedias del Pacífico Norte y Sur", las cuales se correlacionan con los picos del ciclo de manchas solares.

Las huellas del ciclo solar son tan intensas en el Pacífico que Meehl y algunos colegas han comenzado a preguntarse si existe algo en el sistema climático del Pacífico que las esté amplificando. "Uno de los misterios del sistema climático de la Tierra... es cómo puede ser que las relativamente pequeñas variaciones del ciclo solar de 11 años puedan producir la magnitud de las señales observadas en el clima del Pacífico tropical". Usando modelos del clima creados mediante una supercomputadora, los investigadores muestran que se necesitan mecanismos tanto "de abajo hacia arriba" como "de arriba hacia abajo" en las interacciones entre la atmósfera y el océano para aumentar la influencia solar sobre la superficie del Pacífico.


Sun-Climate (pacific anomaly, strip)
 
 Imágenes compuestas que muestran promedios de temperatura superficial y precipitación para diciembre, enero y febrero en los años de máxima actividad solar. FUENTE: G.A. Meehl, J.M. Arblaster, K. Matthes, F. Sassi, y H. van Loon, "Amplificando la respuesta del sistema climático del Pacífico a la pequeña influencia del ciclo solar de 11 años", Science 325:1114–1118, 2009; reproducido con permiso de la AAAS. 
 
En los últimos años, los investigadores han considerado la posibilidad de que el Sol desempeñe un papel en el calentamiento global. Después de todo, el Sol es la fuente principal de calor de nuestro planeta. El informe proporcionado por el NRC sugiere, sin embargo, que la influencia de la variabilidad solar es más de carácter regional que global. La región del Pacífico es sólo un ejemplo de esto.
Caspar Amman, del NCAR, comentó en el informe que "cuando el equilibrio radiativo de la Tierra es alterado, como ocurre cuando hay un cambio en la influencia producida por el ciclo solar, no todos los lugares se ven afectados de la misma forma. El Pacífico ecuatorial central generalmente se torna más frío, la escorrentía de ríos en Perú se ve reducida y las condiciones en el oeste de Estados Unidos se vuelven más secas".

Raymond Bradley, quien es un investigador de la Universidad de Massachusetts que ha estudiado los registros históricos de la actividad solar que se encuentran almacenados por radioisótopos en anillos de árboles y núcleos de hielo, dice que las precipitaciones regionales parecen verse más afectadas que la temperatura. "Si hay en efecto una influencia solar sobre el clima, ésta se manifestará como cambios en la circulación en general más que en las mediciones directas de temperatura". Esto concuerda con la conclusión del IPCC (sigla que en idioma español significa: "Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático") y de informes previos proporcionados por el NRC de que la variabilidad solar NO es la causa del calentamiento global observado en los últimos 50 años.
Ya se ha estudiado extensamente la probable conexión entre el Mínimo de Maunder, un déficit en la cantidad de manchas solares, de 70 años de duración, que ocurrió durante finales del siglo XVII y principios del siglo XVIII, y el período más frío de la Pequeña Era de Hielo, durante la cual Europa y América del Norte estuvieron sometidas a inviernos crudamente fríos. El mecanismo para ese enfriamiento regional pudo haber sido una disminución en la producción de la radiación en el UVE del Sol; sin embargo, esto es todavía especulativo.


Sun-Climate (sunspot numbers, strip)
 
 Promedio anual de cantidad de manchas solares para un período de 400 años (1610–2010). FUENTE: Cortesía del Centro Marshall para Vuelos Espaciales, de la NASA.
 
Dan Lubin, del Instituto Scripps de Oceanografía, señaló la importancia de estudiar otras estrellas de la Vía Láctea similares al Sol y determinar la frecuencia de los grandes mínimos similares. "Las primeras estimaciones de la frecuencia de los grandes mínimos en estrellas similares al Sol indicaban que éstos ocurren en entre el 10% y el 30% de los casos, lo cual implica que la influencia del Sol podría ser abrumadora. Sin embargo, estudios más recientes que usan datos recolectados por Hipparcos (un satélite astrométrico de la Agencia Espacial Europea) y que incluyen apropiadamente la metalicidad de las estrellas producen estimaciones que no superan el 3%". Esto no es una cantidad impresionante, pero es significativo.
De hecho, el Sol podría estar actualmente al borde de experimentar un evento del tipo mini–Maunder. El Ciclo Solar 24 en el que nos encontramos es el más débil que ha ocurrido en más de 50 años. Es más, hay evidencia (aún controvertida) de una tendencia a largo plazo relacionada con el debilitamiento de la intensidad del campo magnético de las manchas solares. Matt Penn y William Livingston, del Observatorio Solar Nacional (National Solar Observatory, en idioma inglés), predicen que para cuando llegue el Ciclo Solar 25, los campos magnéticos del Sol serán tan débiles que se formarán muy pocas manchas solares, o quizás ninguna. Otras líneas de investigación independientes relacionadas con el campo de la heliosismología y con el estudio del campo magnético superficial polar tienden a respaldar esta conclusión. (Nota: Penn y Livingston no participaron en el taller del NRC).
"Si en efecto el Sol está entrando en una fase desconocida del ciclo solar, debemos entonces redoblar nuestros esfuerzos por entender el vínculo entre el Sol y el clima", menciona Lika Guhathakurta quien trabaja para el programa Viviendo con una Estrella, de la NASA, el cual aportó fondos para el estudio del NRC. "El informe ofrece varias buenas ideas para saber por dónde comenzar".

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 Esta imagen de la fotósfera superior del Sol muestra las estructuras magnéticas oscuras y brillantes que son responsables de las variaciones en la irradiación solar total. FUENTE: Cortesía de P. Foukal, Heliophysics, Inc. 
 
En las conclusiones de un debate llevado a cabo en una mesa redonda, los investigadores identificaron varios próximos pasos posibles. El más importante entre ellos es el despliegue de una cámara de imágenes radiométricas. Los aparatos que actualmente miden la irradiación solar total (IST) reducen todo el Sol a una única cifra: la luminosidad total combinada de todas las latitudes y longitudes en todas las longitudes de onda. Este valor integrado se convierte en un punto solitario en una secuencia de tiempo que monitoriza la producción del Sol.

De hecho, como indicó Peter Foukal, de Heliophysics, Inc., la situación es más complicada que eso. El Sol no es una esfera sin rasgos de luminosidad uniforme. El disco solar exhibe motas, que son los centros oscuros de las manchas solares, y está salpicado de zonas magnéticas brillantes conocidas como fáculas. Las imágenes radiométricas permitirían, fundamentalmente, confeccionar un mapa de la superficie del Sol y revelar cuál es la contribución de cada una de ellas a la luminosidad solar. Las fáculas son de particular interés. A diferencia de las oscuras manchas solares, las brillantes fáculas no se desvanecen durante los mínimos solares. Esta puede ser la razón de por qué los registros paleoclimáticos de C–14 y Be–10, que son isótopos sensibles a la actividad solar, muestran el ciclo de 11 años actuando débilmente incluso durante el Mínimo de Maunder. Una cámara de imágenes radiométricas, desplegada a bordo de algún futuro observatorio espacial, permitiría a los investigadores desarrollar el entendimiento necesario para proyectar el vínculo entre el Sol y el clima hacia una futura etapa de ausencia prolongada de manchas solares.

Algunos participantes recalcaron la necesidad de poner los datos sobre el clima y el Sol en formatos estándar y permitir una amplia disponibilidad de ellos con el fin de fomentar los estudios interdisciplinarios. Debido a que los mecanismos de la influencia solar sobre el clima son tan complicados, es necesario que colaboren investigadores de muchos campos para, de esta manera, crear modelos exitosamente y así comparar los resultados. Para este fin, es crucial continuar y mejorar la colaboración entre la NASA, la NOAA y la NSF (sigla en idioma inglés de National Science Foundation o Fundación Nacional de Ciencia, en idioma español).

Hal Maring, quien es un científico del clima, de la oficina central de la NASA, y que ha estudiado el informe, comenta que "los participantes sugirieron muchas posibilidades interesantes. Sin embargo, muy pocas, si es que hubo alguna, han sido cuantificadas al punto en que podamos decir definitivamente cuál es su impacto sobre el clima". Convertir estas posibilidades en modelos concretos y físicamente completos es el reto principal que enfrentan los investigadores.

Finalmente, muchos participantes recalcaron la dificultad que existe para descifrar el vínculo entre el Sol y el clima a partir de registros paleoclimáticos, como los anillos de los árboles y los núcleos de hielo. Las variaciones del campo magnético terrestre y de la circulación atmosférica pueden afectar la precipitación de radioisótopos mucho más que la actividad solar. Un registro más apropiado, a largo plazo, de la irradiación solar podría estar escondido en las rocas o los sedimentos de la Luna o de Marte. Estudiar otros mundos podría ser la clave para comprender el nuestro.

El informe completo, denominado: "The Effects of Solar Variability on Earth's Climate" ("Los Efectos de la Variabilidad Solar sobre el Clima Terrestre"), puede consultarse (en idioma inglés) en la página de National Academies Press en: http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=13519.

sábado, 13 de julio de 2013

Voyager 1 se acerca al espacio interestelar

27 de junio de 2013: Tres nuevos artículos publicados en la edición de hoy de la revista de investigación Science sugieren que la sonda Voyager 1, la cual está ubicada a más de 18 mil millones de kilómetros del Sol, se encuentra próxima a ser el primer objeto artificial en alcanzar el espacio interestelar.


Los resultados publicados en la edición de hoy de Science sugieren que Voyager 1 se está aproximando al borde de la heliosfera. [Más información
 
"Gracias a Voyager 1, el explorador más distante de la humanidad, la última y extraña región antes de llegar al espacio interestelar se está tornando cada vez más evidente", dijo Ed Stone, quien es un científico del proyecto Voyager, del Instituto de Tecnología de California, ubicado en Pasadena.
Voyager 1 se encuentra cerca del borde de la heliosfera, una vasta burbuja creada por el campo magnético del Sol. Cuando Voyager atraviese esta burbuja, saldrá finalmente del sistema solar y se adentrará en el espacio interestelar: el dominio de las estrellas.

Los artículos describen cómo la reciente entrada de la sonda Voyager 1 a una región llamada "la autopista magnética" reveló dos de las tres pistas que indican que se atravesó el borde de la heliosfera: partículas cargadas que desaparecen conforme escapan a lo largo del campo magnético solar y rayos cósmicos de origen lejano que ingresan a toda velocidad. Los científicos aún no han observado la tercera pista, un cambio abrupto en la dirección del campo magnético, lo cual indicaría la presencia del campo magnético interestelar.
"Si miráramos los datos sobre los rayos cósmicos y las partículas cargadas, por sí solos, pensaríamos que Voyager ya alcanzó el espacio interestelar", dijo Stone, "pero el equipo siente que Voyager 1 no ha llegado todavía porque aún estamos en el dominio del campo magnético del Sol".
 
 Voyager 1 y su nave gemela Voyager 2 fueron lanzadas en el año 1977. Visitaron Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno antes de embarcarse en su misión interestelar, en 1990. Su meta es ahora salir de la heliosfera. Medir el tamaño de la heliosfera es parte de la misión de las sondas Voyager.
Voyager 2 se encuentra aproximadamente a 15 mil millones de kilómetros (9 mil millones de millas) del Sol y aún está dentro de la heliosfera. Por su parte, Voyager 1 se encontraba a unos 18 mil millones de kilómetros (11 mil millones de millas) del Sol cuando el 25 de agosto de 2012 alcanzó la autopista magnética, la cual parece conectar a la nave con el espacio interestelar. Esta región permite a las partículas cargadas viajar hacia dentro y hacia afuera de la heliosfera montadas sobre una tersa línea de campo magnético, en lugar de hacer tumbos en todas direcciones como si estuvieran atrapadas en una red de carreteras pequeñas. Voyager 1, por lo tanto, puede obtener una muestra del espacio interestelar antes de entrar propiamente en ese nuevo dominio.
Los científicos no saben exactamente qué tan lejos debe aún viajar Voyager 1 para alcanzar el espacio interestelar. Estiman que podría tomarle varios meses, e incluso años, llegar allí. La llegada podría ocurrir en cualquier momento, así que manténgase al tanto.

sábado, 6 de julio de 2013

Se descubre la fuente de energía del viento solar Pin it

21 de marzo 2013: Usando datos de una veterana nave espacial de la NASA, investigadores han encontrado indicios de una fuente de energía en el viento solar que ha captado la atención de quienes investigan en el campo de la fusión. La NASA podrá poner a prueba esta nueva teoría más adelante, en el transcurso de esta década, cuando envíe una nueva sonda hacia el Sol con el fin de realizar observaciones de cerca.
El descubrimiento fue realizado por un grupo de astrónomos que intentaba resolver un misterio que tiene décadas: ¿qué es lo que calienta y acelera el viento solar?


Solar Wind Energy (speed, 200px)
 
 El viento solar se aleja del Sol con una rapidez que puede exceder los 500 km/s (1,8 millones de kilómetros por hora). [Más información
 
 
El viento solar es un flujo caliente y de alta velocidad de gas magnetizado, que emana de la parte superior de la atmósfera del Sol. Está compuesto de iones de hidrógeno y helio, y una pizca de elementos más pesados. Los investigadores lo comparan con el vapor de una olla de agua hirviendo sobre una estufa; de hecho, el Sol se está evaporando, literalmente.
"Sin embargo", dice Adam Szabo, del Centro Goddard para Vuelos Espaciales (Goddard Space Flight Center, en idioma inglés), "el viento solar hace algo que el vapor en su cocina nunca hace. Conforme el vapor sale de una olla y se eleva, se desacelera y se enfría. Pero cuando el viento solar se aleja del Sol, se acelera, y triplica su velocidad tras su paso a través de la corona. Además, algo dentro del viento solar continúa calentándolo a medida que fluye hacia el frío del espacio".
Encontrar ese "algo" ha sido una meta de los investigadores durante décadas. En las décadas de 1970 y 1980, las observaciones de las dos naves espaciales Helios, de propiedad de Alemania y Estados Unidos, permitieron formular las primeras teorías, las cuales usualmente incluían alguna combinación de inestabilidades del plasma, ondas magnetohidrodinámicas y calentamiento turbulento. Reducir el número de posibilidades fue todo un reto. Al parecer, la respuesta yacía escondida en un conjunto de datos de una de las naves espaciales más viejas de la NASA que aún funciona, una sonda solar llamada Wind (Viento, en idioma español).
Lanzada en 1994, Wind es tan antigua que emplea cintas magnéticas similares a las anticuadas cintas de 8 pistas para registrar y reproducir sus datos. Equipada con un grueso blindaje y sistemas doblemente redundantes para evitar cualquier falla, la nave espacial fue hecha para durar; al menos un investigador de la NASA se ha referido a ella como la "Battlestar Galactica" de la flota de heliofísica, haciendo referencia a la historia de ciencia ficción que lleva ese nombre. Wind ha sobrevivido a casi dos ciclos solares completos y a una cantidad enorme de erupciones solares.
"Después de todos estos años, Wind aún nos envía excelentes datos", dice Szabo, quien es el científico de proyecto de la misión, "y todavía conserva unos 60 años de combustible en sus tanques".


Solar Wind Energy (splash)
 
 Una representación artística de la nave espacial Wind tomando mediciones del viento solar. El recuadro muestra el hallazgo científico de Justin Kasper. [Imagen ampliada]
 
 
Emplear a Wind para descifrar el misterio fue, según Justin Kasper, del Centro Harvard–Smithsoniano de Astrofísica, "una decisión obvia". Él y su equipo procesaron el registro completo del viento solar que recolectó la nave durante 19 años, el cual incluye mediciones de la temperatura, el campo magnético y la energía, y ...
"Creo que la encontramos", dice. "La fuente de calentamiento del viento solar son las ondas ciclotrón iónicas".
Las ondas ciclotrón iónicas están compuestas de protones que describen trayectorias circulares alrededor del campo magnético del Sol con el vaivén típico de una onda. De acuerdo con la teoría desarrollada por Phil Isenberg (de la Universidad de New Hampshire), expandida por Vitaly Galinsky y Valentin Shevchenko (de la UC San Diego), las ondas ciclotrón iónicas emanan del Sol. Al atravesar el viento solar, calientan el gas a millones de grados y aceleran el flujo a millones de kilómetros por hora. Los hallazgos de Kasper confirman que en efecto hay ondas ciclotrón iónicas en acción, al menos en la vecindad de la Tierra donde opera la sonda Wind.

Según Kasper, las ondas ciclotrón iónicas pueden hacer mucho más que solamente calentar y acelerar el viento solar. "También son responsables de algunas de las propiedades muy extrañas del viento".
El viento solar no es como el viento en la Tierra. Aquí en nuestro planeta, los vientos atmosféricos transportan el nitrógeno, el oxígeno y el vapor de agua todos juntos; todas las especies químicas se mueven a la misma velocidad y tienen la misma temperatura. El viento solar, por otro lado, es más extraño. Los elementos químicos que se encuentran presentes en el viento solar, como el hidrógeno, el helio y los iones pesados, se mueven con diferentes velocidades, tienen distintas temperaturas y, lo más extraño de todo, poseen temperaturas que cambian según la dirección.
"Nos hemos preguntando durante mucho tiempo por qué los elementos más pesados en el viento solar se mueven más rápidamente y tienen temperaturas más altas que los elementos livianos", dice Kasper. "Esto es completamente opuesto a la intuición".
La teoría ciclotrón iónica lo explica: los iones pesados resuenan fácilmente con las ondas ciclotrón iónicas. En comparación con sus contrapartes más livianas, obtienen más energía y se calientan al oscilar con las ondas
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Solar Wind Energy (spp, 200px)
 
 Una representación artística de Solar Probe Plus conforme se acerca al Sol para poner a prueba la teoría ciclotrón iónica. [Más información
 
 
El comportamiento de los iones pesados en el viento solar es lo que intrigada a los investigadores en el campo de la fusión nuclear. Kasper explica: "Si uno mira los reactores de fusión en la Tierra, uno de los grandes obstáculos para su funcionamiento es la contaminación. Los iones pesados que se desprenden de las paredes metálicas de la cámara de fusión se introducen en el plasma donde la fusión se lleva a cabo. Los iones pesados irradian calor. Esto puede enfriar el plasma al punto de detener la reacción de fusión".
Las ondas ciclotrón iónicas del tipo de las que Kasper ha encontrado en el viento solar podrían proporcionar una forma de revertir este proceso. En teoría, podrían usarse con el fin de calentar y/o eliminar los iones pesados, devolviendo así el equilibrio térmico al plasma que se está fusionando.
"He sido invitado a varias conferencias sobre fusión para hablar de nuestro trabajo sobre el viento solar", dice.
El siguiente paso, Kasper y Szabo concuerdan, es determinar si las ondas ciclotrón iónicas se comportan de la misma forma adentro de la atmósfera del Sol, donde el viento solar comienza su viaje. Para averiguarlo, la NASA planea enviar una nave espacial al interior mismo de la atmósfera del Sol.
Programada para ser lanzada en 2018, la Solar Probe Plus (Sonda Solar Plus, en idioma español) se adentrará tan profundamente en la atmósfera solar que el Sol parecerá 23 veces más grande de lo que parece cuando se lo observa desde los cielos de la Tierra. En su máximo acercamiento, a unos 7 millones de kilómetros de la superficie del Sol, la sonda Solar Probe Plus tendrá que soportar temperaturas que exceden los 1400 grados Celsius y sobrevivir a ráfagas de radiación de niveles que ninguna otra nave espacial ha experimentado. El objetivo de la misión es tomar mediciones del plasma y del campo magnético del Sol justamente en la fuente del viento solar.
"Con la sonda Solar Probe Plus podremos llevar a cabo experimentos específicos para poner a prueba la teoría ciclotrón iónica empleando sensores mucho más avanzados que los que lleva la nave espacial Wind a bordo", dice Kasper. "Esto debería darnos un entendimiento mucho más profundo de la fuente de energía del viento solar".

La investigación descripta en esta nota fue publicada en Physical Review Letters , el 28 de febrero de 2013: "Sensitive Test for Ion–Cyclotron Resonant Heating in the Solar Wind" ("Prueba de Alta Sensibilidad del Calentamiento Resonante Ciclotrón Iónico en el Viento Solar", en idioma español), por Justin Kasper y colaboradores.