Si cocina en una estufa de gas, la comida se calienta más rápido cuando está más cerca de la llama. Pero en aparente desafío a la termodinámica, eso no funciona cuando se habla del sol. Si bien la superficie solar es de aproximadamente 10, 000 grados Fahrenheit, la atmósfera puede alcanzar la friolera de 9 millones de grados en sus alcances exteriores, llamada corona, y los científicos han estado preguntando: "¿Qué pasa con eso?" por décadas.
contenido relacionado
- Por qué el sol estuvo tan tranquilo por tanto tiempo
- Imagen de la semana: hierro en la corona del sol
Ahora, un equipo de la École Polytechnique en Francia cree que tienen al menos parte de la respuesta. Utilizando nuevos modelos de computadora, afirman que la fuente principal del calor abrasador de la corona es un "bosque de manglar" de magnetismo que se encuentra justo debajo de la superficie que vemos, llamada fotosfera.
"Todos saben que la energía proviene de abajo y sabemos que es mucha energía", dice el líder del estudio Tahar Amari. La pregunta ha sido qué crea esa energía y cómo viaja desde la superficie hasta la corona. Ahí es donde interviene el nuevo modelo, descrito esta semana en Nature .
El sol está hecho principalmente de plasma, gas caliente hecho de átomos a los que se les han quitado sus electrones, creando una carga. Cuando ese tipo de gas está girando, actúa como un generador eléctrico o una dinamo. En el nuevo modelo, el plasma del sol crea estas dinamos a medida que se agita y se agita. Las dinamos a su vez generan campos magnéticos, que pueden almacenar energía. Todo esto ocurre en las 900 millas superiores del sol, una pequeña fracción de su radio de 432, 000 millas. Las dinamos no duran mucho, aproximadamente ocho minutos en promedio, pero es suficiente para que a veces puedan alimentar estructuras más grandes.
Cuando los campos magnéticos resultantes se retuercen, giran y se cruzan entre sí, pueden liberar su energía en un fenómeno llamado reconexión. Coloque dos o más campos cerca uno del otro, y los polos de esos campos intentan crear nuevas líneas de campo magnético con sus vecinos más cercanos, reorganizando las formas de los campos en el proceso. El exceso de energía luego se expulsa como calor, ondas electromagnéticas o energía cinética, y eso a su vez se bombea a la cromosfera, la capa se extiende aproximadamente 1, 200 millas desde la fotosfera a una región que pasa a la corona.
Según el modelo, el volcado de energía alimenta las erupciones de plasma en la cromosfera, lo que hace que las ondas sean similares a las ondas sonoras que se mueven por el aire. Estas se llaman ondas de Alfvén, por el físico Hannes Alfvén, quien primero propuso su existencia en la década de 1940. La energía de las ondas Alfvén se disipa en la corona, que luego se calienta lo suficiente como para alcanzar los millones de grados que observamos.
Un modelo del complejo campo magnético que brota de la superficie del sol resalta el parecido con las raíces y ramas de los manglares. (Tahar Amari / Centre de physique théorique.CNRS-Ecole Polytechnique.FRANCE) Amari compara todo el sistema con un bosque de manglar. En la parte inferior están las raíces, que se unen para formar los troncos de los árboles. La parte superior de los árboles es donde se deposita la energía. Señaló que para obtener el tipo de calentamiento coronal que vemos, necesita alrededor de 4.500 vatios por metro cuadrado de la superficie, y eso es lo que produce su modelo.
Por ahora, el trabajo es solo una simulación por computadora, y todavía no hay una forma directa de observar lo que está sucediendo, dice Amari. Sin embargo, las observaciones indirectas existentes del sol hacen que su modelo sea plausible. Por ejemplo, la temperatura coronal no parece variar mucho con el ciclo de manchas solares de 11 años. "Las manchas solares son sensibles al ciclo, este campo magnético no lo es", dice Amari. Las manchas solares son perturbaciones magnéticas arraigadas más profundamente en el sol, por lo que si los dos fenómenos no están vinculados, eso respaldaría el modelo de Amari de un controlador relativamente poco profundo para el calentamiento coronal.
Otro factor es el descubrimiento de tornados solares, que muestran que algunos fenómenos pueden transportar energía desde la superficie a la cromosfera y la corona, lo que refuerza el modelo. Además, las observaciones de la superficie solar muestran que las líneas espectrales de algunos elementos se dividen en dos o más componentes, lo que sucede si hay un campo magnético local fuerte como el que describe el modelo.
El año pasado, Jeff Brosius, físico solar en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, propuso que pequeñas llamaradas llamadas nanoflares fueran responsables del calentamiento coronal. Los nanoflares son causados por enormes campos magnéticos que atraviesan la corona. Las líneas del campo magnético a veces se cruzan, creando láminas actuales que liberan energía en forma de calor.
Si bien las dos versiones difieren en sus características, no son necesariamente contradictorias. "El mecanismo de los nanoflares es una pregunta abierta", dice Jim Klimchuk, un astrofísico de investigación en Goddard que no participó en ninguno de los estudios. "Podría involucrar la reconexión de campos magnéticos en la corona (el mismo proceso que crea las mini erupciones de Amari debajo de la superficie solar y que hace que depositen la mayor parte de su energía en la cromosfera), o podría implicar la disipación de ondas que están lanzado a la corona desde abajo. Estoy seguro de que ambas cosas están sucediendo. Es solo una cuestión de proporción ".
Según Klimchuk, el nuevo modelo es un paso importante para entender este misterioso misterio solar. "Que yo sepa, [las erupciones productoras de dinamos en la cromosfera] no se han visto en otras simulaciones, por lo que será importante resolver los detalles de este comportamiento y verificar que sea correcto", dice. "El problema del calentamiento cromosférico y coronal no está resuelto, pero estos resultados pueden proporcionar pistas importantes sobre el camino a seguir".
NOTA DEL EDITOR: Este artículo se ha actualizado para aclarar que las dinamos se han visto antes en modelos solares.
