La NASA observa el "lado oscuro" del Sol

Lentamente, las naves de la misión STEREO amplían su
separación dejando ver, en forma simultánea, un área cada
vez más extensa del Sol.

Enero 23, 2009: Hoy, investigadores de la NASA anunciaron un evento que transformará nuestra visión del Sol y que, en el proceso, otorgará gran impulso al campo de la física solar en los próximos años.

"El 6 de febrero de 2011", dice Chris St. Cyr, del Centro Goddard para Vuelos Espaciales, "se jugará la edición XLV del Super Tazón, en Arligton, Texas".

Esperen, no hablaremos de eso aquí.

"Y el mismo día", añade, "las naves gemelas STEREO, de la NASA, estarán separadas por un ángulo de 180 grados y obtendrán imágenes de toda la superficie del Sol por primera vez en la historia".

Derecha: Concepto artístico de una de las naves STEREO. [Imagen ampliada]

El despliegue de las naves STEREO, a ambos lados del Sol, resuelve un problema que los astrónomos han tenido durante siglos: en un instante dado, solamente pueden ver la mitad de la superficie de la estrella. El Sol gira sobre su propio eje cada 25 días, de modo que a lo largo de un mes, muestra su faz entera hacia la Tierra, pero un mes no es suficiente para llevar la cuenta de los eventos que tienen lugar en el Sol. Las manchas solares pueden materializarse, explotar y reagruparse en cuestión de días; los agujeros coronales se abren y se cierran; los filamentos magnéticos se tensan fuertemente y luego ¡puf!, explotan, lanzando nubes de gas caliente hacia el interior del sistema solar. La mitad de estas acciones no se ve; esto es un hecho que coloca en una situación algo incómoda a los encargados de realizar los pronósticos del tiempo en el espacio. ¿Cómo se puede anticipar tormentas si no se las ve venir? Del mismo modo, los investigadores no pueden llevar un registro de la evolución a largo plazo de las manchas solares o de la dinámica de los filamentos magnéticos porque se ocultan detrás del horizonte en momentos inoportunos. La vista global que proporcionarán las naves STEREO pondrá fin a estas dificultades.

Pero para lograr la vista global todavía faltan dos años. Ahora mismo, sin embargo, las dos naves están enviando imágenes que abarcan más allá del horizonte y que mantienen a los invesigadores y a los pronosticadores pegados a las pantallas de sus computadoras.

"Esta es una perspectiva que nunca habíamos tenido", dice Lika Guhathakurta, científica de la misión STEREO, en las oficinas centrales de la NASA. "Estamos ahora monitorizando más de 270 grados de longitud solar: eso son tres cuartas partes de la estrella".

"Después de todos estos años", dice riendo, "finalmente estamos comenzando a ver el lado oscuro del Sol".

(Nota del editor: El Sol no tiene un lado oscuro, es un chiste de la física solar.)

El viaje de las naves STEREO al "lado oscuro" comenzó el 25 de octubre de 2006, cuando las sondas gemelas dejaron la Tierra juntas a bordo de un cohete Delta II. A gran altura sobre la atmósfera, se separaron y viajaron hasta la Luna. Lo que sucedió después fue una primicia en el campo de la navegación espacial. La Luna actuó como onda gravitacional, impulsando a las dos sondas en direcciones opuestas (STEREO-A frente a la Tierra y STEREO-B detrás de ella). Desde entonces, se han ido separando paulatinamente. A continuación, se muestra la posición actual de las naves:

Arriba: Posición actual de las naves STEREO: Frente (rojo) y Detrás (verde) en relación con el Sol (naranja) y la Tierra (azul). Las líneas punteadas indican el desplazamiento angular desde la Tierra. [Más información]

Debido a la manera en la cual gira el Sol (en dirección contraria a las manecillas del reloj, en el diagrama que se muestra arriba), la nave STEREO-B puede ver por adelantado las manchas solares y los agujeros coronales antes de que giren hasta quedar frente a la Tierra; esto es ventajoso para los pronosticadores.

"Conozco a los pronosticadores del Centro de Predicciones del Clima Espacial (Space Weather Prediction Center, en idioma inglés) del NOAA que realizan un seguimiento muy cercano de la sonda", dice St. Cyr. "Y eso les permite saber qué es lo que viene".

En este momento, la sonda STEREO-B disfruta de una ventaja de 3 días de adelanto respecto de los observatorios terrestres. Esto ha permitido a los investigadores predecir tormentas geomagnéticas hasta 72 horas antes de que lo que se lograba con anterioridad. En varias ocasiones, a finales de 2008, la nave STEREO-B detectó, antes que ninguna otra nave, agujeros coronales que expelían viento solar. Cuando el viento solar golpeó la Tierra, el pronóstico de largo alcance de la sonda STEREO-B fue validado por auroras como éstas:

Arriba: El fotógrafo Brian Whittaker tomó esta fotografía desde la ventanilla de un avión que volaba sobre Groenlandia, el 9 de noviembre de 2008. Las auroras fueron iniciadas por un impacto de viento solar, el cual había sido anticipado por la sonda STEREO-B. Crédito: Spaceweather.com.

St. Cyr hace notar que los radioaficionados experimentados pueden participar en esta histórica misión ayudando a la NASA a capturar las imágenes enviadas por las naves STEREO. El atareado sistema de la Red del Espacio Profundo (Deep Space Network, en idioma inglés) recolecta los datos de las naves STEREO durante sólo tres horas por día. Eso es suficiente tiempo como para recolectar todos los datos del día anterior, pero a la NASA le gustaría poder monitorizar las transmisiones durante todo el día.

"Así que estamos construyendo una 'mini Red del Espacio Profundo' para establecer contacto permanente con las naves STEREO", dice Bill Thompson, director del Centro Científico de STEREO (STEREO Science Center, en idioma inglés), en el Centro Goddard.

Las dos naves espaciales envían sus datos hacia la Tierra por medio de un faro de radio que opera en la banda X del espectro. Cualquier persona que posea una antena parabólica de 10 metros y un receptor adecuado puede captar las señales. Los datos se transmiten lentamente, (500 bits por segundo) y se necesitan de 3 a 5 minutos para descargar una imagen completa.

Hasta el momento, la mini red incluye estaciones localizadas en el Reino Unido, Francia y Japón —y Thompson está buscando más: "la NASA alienta a las personas que posean antenas de banda X para que se pongan en contacto con el equipo de STEREO. Estaremos encantados de trabajar con ellos y de encontrar la manera de que se unan a nuestra red".

Las dos naves STEREO están calificadas como dos de los observatorios más sofisticados que la NASA ha lanzado al espacio hasta la fecha. Están equipadas con sensores que miden la velocidad, dirección y composición del viento solar; asimismo, poseen receptores que captan emisiones de radio producidas por explosiones y ondas de choque en la atmósfera del Sol y también cuentan con telescopios que forman imágenes de la superficie solar y de todas las tempestades que azotan furiosas allí, además de coronógrafos para monitorizar eventos en la atmósfera exterior del Sol.

"Así que, realmente", dice Guhathakurta, "no solamente estamos viendo el lado oscuro del Sol, sino que también lo estamos sintiendo, poniendo a prueba y escuchando".

Tal vez el domingo del Super Tazón nunca vuelva a ser igual.

¿Qué tan redondo es el Sol?

Utilizando el satélite RHESSI, de la NASA, científicos midieron
la redondez del Sol con una precisión sin precedentes.

Octubre 2, 2008: Usando la nave espacial RHESSI, de la NASA, científicos midieron la redondez del Sol con una precisión sin precedentes. Ellos descubrieron que no es una esfera perfecta. Durante los años de alta actividad, el Sol desarrolla una delgada "piel de melón" que aumenta significativamente su aparente achatamiento. Los resultados de esta investigación se publicaron en la edición del 2 de octubre de Science Express.

"El Sol es el objeto natural más grande y más liso del sistema solar, con una perfección del 0,001% debido a su gravedad extremadamente fuerte", dice el co-autor del estudio Hugh Hudson, de la Universidad de California, en Berkeley. "Medir su forma exacta no es una tarea fácil".

El equipo lo hizo analizando los datos del Generador de Imágenes Espectroscópicas de Alta Energía Solar Reuven Ramaty (RHESSI, por su sigla en idioma inglés), un telescopio espacial de rayos x y rayos gamma, el cual fue lanzado en 2002 en una misión para estudiar las ráfagas solares. Aunque RHESSI no fue planeado para medir la redondez del Sol, se ha convertido en el instrumento ideal para este propósito. El telescopio RHESSI observa el disco solar a través de una rendija estrecha y gira a 15 rpm. La rápida rotación de la nave espacial y la alta tasa de muestreo de datos (necesaria para atrapar las rápidas ráfagas solares) hacen posible que los investigadores tracen la forma del Sol con errores sistemáticos mucho menores que en cualquier estudio previo. Su técnica es particularmente sensible a pequeñas diferencias entre el diámetro polar y el diámetro ecuatorial o "achatamiento".

Arriba: "Protuberancias de piel de melón" en el Sol. La red magnética blanca y brillante es la que confiere al Sol un achatamiento extra durante los tiempos de alta actividad solar. El astrónomo de Los Angeles Gary Palmer tomó la fotografía el 29 de julio de 2005 usando un filtro solar calcio-K violeta. [Imagen ampliada]

"Hemos descubierto que la superficie del Sol tiene una estructura áspera: protuberancias brillantes organizadas en un patrón con forma de red, como la superficie de un melón pero mucho más sutil", describe Hudson. Durante las fases activas del ciclo solar, estas protuberancias emergen alrededor del ecuador del Sol, haciendo brillar la "cintura estelar" y "engordándola". Al momento de las mediciones del RHESSI, en 2004, las protuberancias incrementaron el radio ecuatorial aparente del Sol en un ángulo de 10,77 +- 0,44 milisegundos de arco, o aproximadamente el mismo ancho de un cabello humano visto desde 1,6 kilómetros de distancia.

"Eso puede parecer un ángulo muy pequeño, pero en verdad es significativo", dice Alexei Pevtsov, científico del Programa RHESSI en las oficinas centrales de la NASA. Diminutas desviaciones de la redondez perfecta pueden, por ejemplo, afectar el tirón gravitacional que ejerce el Sol sobre Mercurio y provocar cierta modificación en las pruebas de la teoría de la relatividad de Einstein, las cuales dependen de mediciones cuidadosas de la órbita interior del planeta. Pequeñas protuberancias también son señales de movimientos ocultos dentro del Sol. Por ejemplo, si el Sol tuviera un remanente de una rotación rápida del núcleo de las etapas tempranas de formación estelar, y si ese núcleo estuviera inclinado respecto de sus capas exteriores, el resultado sería una superficie con protuberancias. "La precisión de las mediciones del RHESSI impone muchas restricciones a cualquiera de los modelos".

Las "protuberancias de piel de melón" son de naturaleza magnética y trazan gigantes celdas de convección burbujeantes en la superficie del Sol llamadas "supergránulos". Los supergránulos son como burbujas en una olla de agua hirviendo amplificadas a la escala de una estrella; en el Sol, miden alrededor de 30.000 km de un extremo a otro (el doble del ancho de la Tierra) y están formados por plasma magnetizado caliente que bulle. Los campos magnéticos del centro de estas burbujas son barridos hacia el borde donde forman protuberancias o crestas de magnetismo. Las protuberancias son más prominentes durante los años próximos al Máximo Solar cuando la dínamo interior del Sol se "acelera" para producir los campos magnéticos más fuertes. Hace muchos años que los físicos solares saben de los supergránulos y de la red magnética que éstos producen, pero recién ahora el RHESSI reveló su inesperada conexión con el achatamiento del Sol.

Derecha: En este diagrama, el achatamiento del Sol ha sido aumentado 10.000 veces para que se pueda ver fácilmente. La curva azul traza el promedio de la forma del Sol durante un período de tres meses. La curva de asteriscos negros traza un promedio más corto de 10 días. Los movimientos en la curva de 10 días son reales, causados por fuertes protuberancias magnéticas ubicadas en las inmediaciones de las manchas solares. [Imagen ampliada]

"Cuando restamos el efecto de la red magnética, obtenemos una medición 'real' de la forma del Sol, que se produce únicamente por las fuerzas gravitacionales y los movimientos", dice Hudson. "El achatamiento corregido del Sol no magnético es 8,01 +- 0,14 milisegundos de arco, cerca del valor esperado para una rotación simple".

"Estos resultados tienen implicancias de largo alcance para los físicos solares y para las teorías de la gravedad", comenta David Hathaway, físico solar del Centro Marshall para Vuelos Espaciales, de la NASA. "Indican que el núcleo del Sol no puede estar rotando mucho más rápido que la superficie y que el achatamiento del Sol es demasiado pequeño como para cambiar la órbita de Mercurio y enmarcarla fuera de los límites de la Teoría de la Relatividad General de Einstein".

Un análisis posterior de los datos del achatamiento del Sol obtenidos por medio del RHESSI podría también ayudar a los investigadores a detectar un tipo de ondas sísmicas, buscadas durante mucho tiempo, las cuales hacen eco en el interior del Sol: oscilaciones gravitacionales o "modos g". La capacidad para monitorear los "modos g" abriría una nueva frontera en la física solar —el estudio del núcleo interno del Sol.

"Todo esto", se maravilla Hathaway, "proviene de un uso ingenioso de los datos proporcionados por un satélite que fue diseñado para algo completamente diferente. ¡Felicitaciones al equipo del RHESSI!"

El documento que informa sobre estos resultados: "Gran exceso en el achatamiento aparente del Sol producido por el magnetismo de la superficie" ("A large excess in apparent solar oblateness due to surface magnetism"), de Martin Fivian, Hugh Hudson, Robert Lin y Jabran Zahid, se publicó en la edición del 2 de octubre de Science Express.