En una mañana tropical inusualmente tropical en el Área de la Bahía de San Francisco, el suelo brilla con olas de calor, y es imposible mirar al cielo sin entrecerrar los ojos. Pero el calor real está dentro del Laboratorio de Astrofísica y Solar Lockheed Martin en Palo Alto. Allí, en una habitación oscura repleta de procesadores de computadora, una vista de alta definición del Sol llena nueve pantallas de TV unidas para crear un gran espectáculo solar de calidad de teatro de siete pies de ancho.
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Los nuevos telescopios han dado a los científicos vistas sin precedentes del Sol, ayudándoles a comprender mejor la actividad solar.
Video: Una mirada asombrosa a las llamaradas solares
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El físico solar Karel Schrijver teclea comandos para comenzar el espectáculo: una película acelerada de una secuencia de explosiones que sacudió al Sol el 1 de agosto de 2010. "Este es uno de los días más impresionantes que he visto en el Sol", dice Schrijver. . Ha estado mirando nuestra estrella más cercana durante dos décadas.
"Al principio, esta pequeña y pequeña región decide que no es feliz", dice, sonando como un psiquiatra astronómico que hace frente a las neurosis solares. Señala una llamarada, un modesto espasmo de luz blanquecina. “Entonces, esta región cercana comienza a ser infeliz, y estalla. Luego, un gran filamento entra en erupción y corta el campo [magnético] como un cuchillo. Vemos este arco de material brillante, y crece con el tiempo. Un pequeño filamento debajo del arco dice: "No me gusta nada", se vuelve inestable y se apaga ".
¿Quién sabía que el Sol tiene tanta personalidad?
En cuestión de horas, acelerando hasta minutos en la reproducción digitalizada, gran parte de su campo magnético "se altera", dice Schrijver, y se reorganiza, desencadenando bengalas y vastos eructos de gas magnetizado. La reacción en cadena es más vívida que cualquier representación de Hollywood. "Cuando mostramos estas películas a nuestros colegas por primera vez", dice Schrijver, "la expresión profesional es generalmente, '¡Whoa!'"
El torrente de imágenes proviene del satélite más avanzado que haya estudiado el Sol: el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA, o SDO. Lanzado en febrero de 2010, SDO mira a la estrella desde un punto a 22.300 millas sobre la Tierra. La órbita del satélite lo mantiene en una posición estable a la vista de dos antenas de radio en Nuevo México. Cada segundo, las 24 horas del día, SDO transmite 18 megabytes de datos al suelo. Las imágenes de alta resolución, así como los mapas de los campos magnéticos torturados del Sol, muestran la génesis de las manchas solares y el origen de sus explosiones.
Esta película solar debería proporcionar nuevas ideas sobre el clima espacial: los impactos que se sienten en la Tierra cuando las expulsiones del Sol se dirigen hacia nosotros. A veces el clima es templado. Las erupciones del 1 de agosto de 2010 desencadenaron exhibiciones coloridas de auroras boreales sobre los Estados Unidos dos días después, cuando una tormenta de gas cargado que se movía rápidamente perturbó el campo magnético de la Tierra. Pero cuando el Sol realmente se enoja, la aurora boreal puede indicar amenazas potencialmente incapacitantes.
La tormenta solar más intensa jamás registrada golpeó en el verano de 1859. El astrónomo británico Richard Carrington observó una red gigante de manchas solares el 1 de septiembre, seguida de la llamarada más intensa jamás reportada. En 18 horas, la Tierra estaba bajo asedio magnético. Las deslumbrantes luces del norte brillaban tan al sur como el Mar Caribe y México, y chispas de cables cerraron las redes de telégrafos, Internet del día, en Europa y América del Norte.
Una tormenta magnética en 1921 apagó el sistema de señalización de las líneas ferroviarias de la ciudad de Nueva York. Una tormenta solar en marzo de 1989 paralizó la red eléctrica en Quebec, privando a millones de clientes de electricidad durante nueve horas. Y en 2003, una serie de tormentas causaron apagones en Suecia, destruyeron un satélite científico japonés de $ 640 millones y obligaron a las aerolíneas a desviar vuelos del Polo Norte a un costo de $ 10, 000 a $ 100, 000 cada uno.
Nuestra sociedad electrónica moderna y globalmente conectada ahora depende tanto de transformadores remotos y enjambres de satélites que una gran explosión del Sol podría derribar gran parte de ella. Según un informe de 2008 del National Research Council, una tormenta solar del tamaño de los eventos de 1859 o 1921 podría destruir satélites, deshabilitar redes de comunicación y sistemas GPS y freír redes eléctricas a un costo de $ 1 billón o más.
"El espacio que nos rodea no es tan benigno, amigable y complaciente con nuestra tecnología como habíamos asumido", dice Schrijver.
Al documentar los orígenes de estas tormentas con detalles sin precedentes, SDO ofrece a los investigadores su mejor oportunidad hasta ahora para comprender las capacidades destructivas del Sol. El objetivo es pronosticar el clima espacial: leer los estados de ánimo del Sol con la suficiente antelación para que podamos tomar precauciones contra ellos. El éxito dependerá de mirar a través de la superficie del Sol para ver arrebatos magnéticos a medida que se desarrollan, de la misma manera que los meteorólogos usan el radar de penetración de nubes para ver signos de un tornado antes de que ruge al suelo.
Pero por ahora, la actividad del Sol es tan compleja que sus convulsiones desconciertan a las mentes superiores del campo. Cuando se le pidió que explicara la física que impulsa la violencia del Sol, el científico de SDO Philip Scherrer de la Universidad de Stanford no dice nada: "Básicamente no lo sabemos".
Nuestra estrella madre está a solo ocho minutos, ya que la luz vuela. El Sol obtiene más tiempo de telescopio que cualquier otro objeto en el espacio, y la investigación es una empresa global. El satélite más exitoso antes de SDO, una misión conjunta de la NASA y la Agencia Espacial Europea llamada Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO), aún envía imágenes del Sol 15 años después de su lanzamiento. Un explorador más pequeño ahora en el espacio, llamado Hinode, es una colaboración Japón-NASA que estudia cómo los campos magnéticos del Sol almacenan y liberan energía. Y la misión del Observatorio de Relaciones Terrestres Solares (STEREO) de la NASA consiste en dos satélites casi idénticos que viajan en la órbita de la Tierra, uno frente a nuestro planeta y otro detrás. Los satélites permiten a los científicos crear imágenes tridimensionales de eyecciones solares. Ahora en lados opuestos del Sol, en febrero pasado tomaron la primera foto de toda la superficie del Sol. En tierra, los telescopios de las Islas Canarias, California y otros lugares examinan el Sol con técnicas que eliminan los efectos borrosos de la atmósfera terrestre.
El Sol es una bola giratoria de gas lo suficientemente grande como para contener 1.3 millones de Tierras. Su núcleo es un horno de fusión nuclear, que convierte 655 millones de toneladas de hidrógeno en helio cada segundo a una temperatura de 28 millones de grados Fahrenheit. Esta fusión crea energía que finalmente nos alcanza como la luz solar. Pero el núcleo y las capas internas del Sol son tan densas que puede tomar un millón de años para que un fotón de energía pelee solo dos tercios de la salida. Allí alcanza lo que los físicos solares llaman la "zona convectiva". Por encima de eso hay una capa delgada que percibimos como la superficie del Sol. Los gases solares continúan lejos en el espacio más allá de este borde visible en una atmósfera ardiente llamada corona. Un tenue viento solar sopla a través de todo el sistema solar.
Las cosas se ponen especialmente interesantes en la zona convectiva. Giros gigantes de gas cargado suben y bajan, como en una olla de agua hirviendo, solo que más turbulentos. El Sol gira a diferentes velocidades, aproximadamente una vez cada 24 días en su ecuador y más lentamente, aproximadamente cada 30 días, en sus polos. Esta diferencia de velocidad corta el gas y enreda sus corrientes eléctricas, alimentando los campos magnéticos del Sol. El campo magnético general tiene una dirección, al igual que los polos norte y sur de la Tierra atraen nuestras brújulas. Sin embargo, el campo del Sol está lleno de curvas y torceduras, y cada 11 años, se voltea: el polo norte se convierte en el sur, luego regresa al norte nuevamente 11 años después. Es un ciclo dinámico que los científicos no comprenden completamente, y está en el centro de la mayoría de los esfuerzos por comprender cómo se comporta el Sol.
Durante esos cambios, el campo magnético profundo del Sol se vuelve realmente nudoso. Se levanta y se asoma a través de la superficie visible para crear manchas solares. Estos parches oscuros de gas son más fríos que el resto de la superficie del Sol porque los campos magnéticos anudados actúan como barreras, evitando que parte de la energía del Sol escape al espacio. Los campos en las manchas solares tienen el potencial de entrar en erupción. Por encima de las manchas solares, el campo magnético del Sol gira y gira a través de la corona. Estos retorcimientos encienden las explosiones en las pantallas de video de Lockheed en Palo Alto.
Schrijver y su jefe, Alan Title, han trabajado juntos durante 16 años, el tiempo suficiente para completar las oraciones del otro. La última creación de su grupo, la Asamblea de Imágenes Atmosféricas, un conjunto de cuatro telescopios que toman imágenes de gases de millones de grados en la corona, es uno de los tres instrumentos desplegados en SDO. La NASA lo compara con una cámara IMAX para el sol.
"Esta burbuja de gas que sopla es 30 veces el diámetro de la Tierra, moviéndose a un millón de millas por hora", dice Title, señalando en la pantalla a un vórtice rojo en expansión capturado por SDO poco después del lanzamiento del satélite. Y, señala casi casualmente, esta fue una erupción bastante menor.
Los campos magnéticos mantienen los gases del Sol en línea a medida que se arquean en el espacio, dice Title, de la misma manera que un imán de barra coloca las limaduras de hierro en patrones limpios. Cuanto más enredados se vuelven los campos, menos estables son. Los estallidos solares ocurren cuando los campos magnéticos se ajustan a un nuevo patrón, un evento que los físicos llaman "reconexión".
Una explosión solar típica expulsada hacia la Tierra, llamada eyección de masa coronal, podría contener diez mil millones de toneladas de gas cargado corriendo por el espacio. "Hay que imaginar un conjunto de fuerzas suficientes para lanzar toda el agua en el río Mississippi a una velocidad 3.000 veces más rápida que la de un avión a reacción, en 15 a 30 segundos", dice, haciendo una pausa de un momento para dejar que se hunda. . “No hay contrapartida para esto en la Tierra. Tenemos problemas para explicar estos procesos ".
Misiones solares anteriores tomaron instantáneas difusas de grandes eyecciones de masa coronal. Otros telescopios se acercaron para obtener detalles finos, pero podrían enfocarse solo en una pequeña porción del Sol. La alta resolución de SDO de todo un hemisferio del Sol y sus grabaciones de fuego rápido revelan cómo la superficie y la atmósfera cambian minuto a minuto. Algunas características son tan inesperadas que los científicos aún no las han nombrado, como un patrón de gas en forma de sacacorchos que Schrij-ver traza en la pantalla con su dedo. Él piensa que es un campo magnético en espiral visto a lo largo de su borde, que atraviesa el gas a medida que asciende al espacio. "Es como [el gas] se está levantando en eslingas", dice.
Antes de que la misión cumpliera un año, los científicos habían analizado cientos de eventos, cubriendo miles de horas. (Descubrieron que las erupciones del 1 de agosto estaban unidas por "zonas de falla" magnéticas que abarcaban cientos de miles de millas). El equipo está trabajando bajo presión, de la NASA y de otros lugares, para obtener mejores pronósticos del clima espacial.
"Dios mío, esto es complicado", dice Schrijver, que reproduce una película del estado de ánimo del Sol en otro día. "No hay un día tranquilo en el sol".
A unas pocas millas de distancia, en el campus de Stanford, el físico solar Philip Scherrer está luchando con la misma pregunta que anima al grupo Lockheed Martin: ¿podremos predecir cuándo el Sol arrojará cataclismicamente gas cargado hacia la Tierra? "Nos gustaría dar una buena estimación de si una determinada región activa producirá erupciones o eyecciones masivas, o si simplemente desaparecerá", dice.
Scherrer, que utiliza un enlace descendente satelital para la recepción de televisión, explica el impacto del clima espacial al recordar un evento en 1997. "Un sábado, nos despertamos y todo lo que vimos fue pelusa", dice. Una eyección de masa coronal había barrido la Tierra la noche anterior. La nube magnética aparentemente eliminó el satélite Telstar 401 utilizado por UPN y otras redes.
"Lo tomé personalmente, porque era 'Star Trek' [no pude ver]", dice Scherrer con una sonrisa irónica. "Si hubiera sucedido en la mañana del Super Bowl, todos lo habrían sabido".
El equipo de Scherrer y los ingenieros de Lockheed Martin desarrollaron el Helioseismic and Magnetic Imager de SDO, un instrumento que investiga el agitado interior del Sol y monitorea la dirección y la fuerza del campo magnético, creando mapas en blanco y negro llamados magnetogramas. Cuando aparecen las manchas solares, los mapas muestran una agitación magnética en las bases de las estructuras arqueadas en la atmósfera del Sol.
El instrumento también mide las vibraciones en la superficie del sol. En la Tierra, los sismólogos miden las vibraciones de la superficie para revelar fallas sísmicas y estructuras geológicas bajo tierra. En el Sol, las vibraciones no provienen de los terremotos, sino de las pulsaciones causadas por los gases que suben y bajan en la superficie a velocidades de unas 700 millas por hora. A medida que cada gota de gas se estrella, impulsa las ondas de sonido hacia el Sol, y agitan toda la estrella. El dispositivo de Scherrer mide esas vibraciones en la cara del Sol.
La clave, dice Scherrer, un experto líder en heliosismología, como se conoce esta ciencia, es que las ondas de sonido se mueven más rápido a través de gases más calientes, como nudos turbulentos muy por debajo de la superficie que a menudo presagian manchas solares. Las ondas de sonido también se aceleran cuando se mueven a través de gases que fluyen en la misma dirección. Aunque estas medidas crean pesadillas matemáticas, las computadoras pueden crear imágenes de lo que sucede debajo de la superficie del Sol.
De esta manera, el equipo de Scherrer puede detectar manchas solares en el lado opuesto del Sol días antes de que giren a la vista y antes de que estén en posición de arrojar partículas dañinas y gas hacia la Tierra. Los científicos también esperan detectar regiones activas que brotan dentro del Sol un día o más antes de que sean visibles como manchas solares.
Estas técnicas proporcionan avances de las próximas atracciones. El desafío, dice Scherrer, es encontrar los signos correctos de enredo magnético que, como las imágenes de radar de un tornado que se está formando recientemente, brinden advertencias confiables. Algunos investigadores se han centrado en las formas de los campos magnéticos, señalando que una curvatura particular en forma de S a menudo anuncia un estallido. Otros observan si la fuerza magnética en el centro de una mancha solar cambia rápidamente, lo que indica que podría estar lista para romperse.
Scherrer muestra algunas imágenes en su pantalla, disculpándose porque no rivalizan con las películas de Lockheed. Las imágenes heliosísmicas me recuerdan a la superficie nudosa de una naranja, con nódulos de gas que surgen hacia arriba en toda la esfera del Sol. Los gráficos magnéticos proyectan al Sol en tonos grises moteados, pero cuando Scherrer se acerca, las manchas en blanco y negro se convierten en manchas irregulares. Estas son las cintas de fuerza magnética, que penetran o salen de la superficie en constante movimiento del Sol.
Cuando las líneas de campo magnético se vuelven a conectar en la atmósfera del Sol, Scherrer dice: “Es muy parecido a un corto circuito cuando tocas dos cables con corriente. La energía que fluye en la corriente se convierte en calor o luz ”. Las chispas repentinas se disparan a lo largo del campo magnético y chocan contra la superficie del Sol, provocando una llamarada potente.
El más fuerte de los campos magnéticos arqueados del Sol puede atrapar miles de millones de toneladas de gas debajo de ellos, preparando el escenario para eyecciones de masa coronal. Cuando una reconexión magnética libera repentinamente toda esa tensión, el gas se eleva hacia el espacio con el viento solar. "Es como cortar la cuerda en un globo de helio", dice Scherrer.
Al estudiar muchos de estos eventos, Scherrer cree que él y sus colegas pueden diseñar un sistema que clasifique las probabilidades de que el Sol apunte a una erupción en la Tierra, una escala que podría ir desde "todo despejado" hasta "tomar precauciones". admite, admite, y también reconoce que el pronóstico solar nunca puede competir con los informes del clima terrenal. La predicción solar requiere que el equipo compare la actividad reciente en el Sol con los modelos de computadora. Pero los modelos están tan involucrados que para cuando la computadora escupe una respuesta, es posible que el Sol ya se haya apagado o se haya quedado quieto.
Una de las mayores sorpresas solares en los últimos 50 años no fue algo que hizo el Sol, sino algo que no hizo: no produjo muchas manchas solares durante la mayor parte de 2008 y 2009. “Íbamos 60, 70, 80, 90 días sin una sola mancha solar ", dice el editor científico de la NASA Tony Phillips, quien publica SpaceWeather.com de forma independiente. “En la vida de los físicos solares, nadie había visto esto. Sorprendió a toda la comunidad ".
Nadie sabe qué causó el silencio misterioso. El campo magnético profundo aparentemente no se retorció de la manera habitual, quizás porque las corrientes eléctricas dentro del Sol se debilitaron. Algunos científicos especularon que el Sol se estaba apagando, al menos temporalmente. Un panel de físicos solares estudió estos cambios y proyectó que la actividad del Sol podría alcanzar solo la mitad de sus niveles recientes en su próximo ciclo de manchas solares de 11 años. Esto podría tener implicaciones menores para el cambio climático. Durante el siglo pasado, la actividad humana superó con creces las modulaciones del Sol al afectar el clima de la Tierra. Si el patrón de actividad solar reducida continúa a través de otro de los ciclos del Sol y más allá, la disminución sutil de la energía del Sol podría compensar ligeramente el calentamiento global.
Se proyecta que el Sol alcanzará el pico de su ciclo actual de manchas solares a fines de 2013 o principios de 2014. Pero no hay razón para pensar que un Sol más tranquilo se mantenga así. "El mayor evento de partículas y tormenta geomagnética en la historia registrada", el evento de 1859 observado por Carrington, "ocurrió durante un ciclo solar de aproximadamente el mismo tamaño que el que estamos proyectando en los próximos años", dice Phillips. Además, un estudio reciente realizado por Suli Ma y sus colegas en el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica mostró que un tercio de las tormentas solares que golpean la Tierra surgen sin erupciones solares u otras señales de advertencia. Estos ataques furtivos sugieren que el Sol puede ser peligroso incluso cuando parece tranquilo.
No hay forma de proteger la Tierra de las erupciones del Sol; tormentas poderosas siempre interrumpirán el campo magnético de nuestro planeta. Pero la advertencia anticipada puede limitar su impacto. Las precauciones incluyen reducir las cargas de energía para evitar sobretensiones en las líneas eléctricas, poner los satélites en un modo seguro electrónico y, en el caso de la NASA, decirles a los astronautas que se refugien en las partes más fortificadas de su nave espacial.
Incluso con esas medidas, un evento tan severo como las tormentas solares de 1859 o 1921 causaría estragos, dice el físico solar y espacial Daniel Baker de la Universidad de Colorado, autor principal del informe del Consejo Nacional de Investigación de 2008. La gente se vuelve más dependiente de la tecnología de las comunicaciones cada año, dice Baker, haciéndonos cada vez más vulnerables al caos electromagnético. "Esos eventos [severos] probablemente ocurren cada década", dice. "Es solo cuestión de tiempo antes de que uno de ellos nos golpee".
Baker y sus colegas han instado a la NASA y a la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, que dirige el Centro de Predicción del Clima Espacial en Boulder, Colorado, a desarrollar un sistema de satélites de advertencia del clima espacial. Hoy en día, el único instrumento que puede determinar la dirección del campo magnético dentro de una eyección de masa coronal que se aproxima, un factor crítico para determinar cuán violentamente interactuará con la Tierra, es un satélite de 13 años que no tiene reemplazo a corto plazo.
"El Sol es una estrella muy variable", advierte Baker. “Vivimos en su atmósfera exterior, y el capullo cibereléctrico que rodea la Tierra está sujeto a sus caprichos. Será mejor que lleguemos a un acuerdo con eso.
Robert Irion dirige el programa de redacción científica en la Universidad de California en Santa Cruz.
Una imagen ultravioleta extrema del sol. Las regiones azules son las más calientes, a 1.8 millones de grados Fahrenheit. (NASA / GSFC / AIA) 
Cuando una eyección de masa coronal llega a la Tierra, las partículas solares fluyen a lo largo de las líneas del campo magnético, energizan gases en la atmósfera y brillan como luces del norte (en Manitoba). (Federico Buchbinder) 
El Observatorio de Dinámica Solar, que se muestra aquí en la concepción de un artista, se lanzó en 2010 y ofrece una vista sin precedentes del Sol. (NASA) 
Una semana tempestuosa en el Sol culminó con erupciones el 1 de agosto de 2010, que iluminaron la aurora boreal sobre los Estados Unidos. (NASA) 
Fue "uno de los días más impresionantes que he visto en el Sol", dice Karel Schrijver sobre las erupciones de agosto de 2010. (John Lee / Aurora Select) 
Las observaciones del Observatorio de Dinámica Solar muestran una sorprendente complejidad en la superficie del Sol. Los vientos solares fluyen hacia el espacio desde un oscuro "agujero coronal". (NASA) 
Un filamento magnético que baila en el hemisferio sur del Sol tiene aproximadamente 340, 000 millas de largo, o aproximadamente un 40 por ciento más largo que la distancia de la Tierra a la Luna. (Didier Favre) 
Una llamarada solar que brota del Sol traza brillantes bucles magnéticos. (NASA) 
Philip Scherrer, cerca del observatorio solar de Stanford, usa heliosismología e imágenes magnéticas para comprender las estructuras profundas del Sol y ver lo que está sucediendo en el lado lejano de la estrella, antes de que se presenten posibles problemas. (John Lee / Aurora Select) 
Una imagen magnética del sol. (NASA) 
Los instrumentos del Observatorio de Dinámica Solar envían imágenes del Sol en diferentes longitudes de onda. Una longitud de onda de una eyección de masa coronal el verano pasado muestra una explosión de radiación y material magnetizado en erupción desde el Sol. (NASA) 
Esta longitud de onda proporciona una imagen más clara de la onda expansiva a medida que la erupción se extiende por la superficie del Sol. (NASA)
