Concepto artístico: una visión global del sistema Sol-Tierra a nivel de las investigaciones astrofísicas que estudian al sol como estrella variable. Crédito: NASA.Desde hace algunos años, una idea poco ortodoxa ha ido ganando adeptos entre los astrónomos. Una idea, aparentemente sorprendente, que contradice las viejas enseñanzas sobre la física solar y perturba a los observadores atentos a los efectos de la actividad solar sobre la tierra, especialmente los climatólogos.
"El sol", explica Lika Guhathakurta, de la sede de la NASA en Washington DC, "es una estrella variable."
Pero parece tan constante ...
Eso es sólo una limitación del ojo humano. Los modernos telescopios y naves espaciales han penetrado la luz cegadora del sol y encontraron un remolino de caos impredecible. Las llamaradas solares explotan con el poder de millones de bombas atómicas. Las nubes de gas magnetizado, más exactamente las Eyecciones de Masa Coronal (CME), son lo suficientemente grandes para tragarse planetas, separándolos del escenario estelar. Agujeros en la atmósfera del Sol arrojan a millones de kilómetros por hora ráfagas de viento solar.
Y esas son las cosas que pueden suceder en un solo día.
Durante largos períodos de décadas o siglos, la actividad solar aumenta y disminuye con un ritmo complejo que los investigadores todavía están clasificando. El más famoso "latido" es el ciclo de 11 años de manchas solares, que se describe en muchos textos como un proceso ordinario, un mecanismo de relojería. De hecho, parece tener una mente propia.
"No es ni siquiera 11 años", dice Guhathakurtha. "Los rangos de longitud del ciclo van de 9 a 12 años. Algunos ciclos son intensos, con muchas manchas solares y erupciones solares, otros son suaves, con relativamente poca actividad solar. En el siglo 17, durante un período llamado el "Mínimo de Maunder, el ciclo parece detenerse por completo durante unos 70 años y nadie sabe por qué. "
No hay necesidad de ir tan lejos en el tiempo, sin embargo, para encontrar un ejemplo de la imprevisibilidad del ciclo. En este momento el sol está saliendo de una clase de siglo de mínimo solar que casi nadie había previsto.
"La profundidad del mínimo solar en 2008-2009 realmente nos tomó por sorpresa", dice el experto en manchas solares David Hathaway, del Centro de Vuelo Espacial Marshall de Huntsville, Alabama. "Se pone de relieve lo mucho que aún tiene que pasar para que podamos pronosticar con éxito la actividad solar".
Eso es un problema, porque la sociedad humana es cada vez más vulnerable a los picos de erupciones solares. La civilización actual depende de una red de interconexión de sistemas de alta tecnología para los fundamentos de la vida cotidiana. Las redes eléctricas inteligentes, la navegación GPS, el transporte aéreo, servicios financieros, las comunicaciones de radio de emergencia, todos ellos pueden ser eliminados por la actividad solar intensa. Según un estudio de 2008 de la Academia Nacional de Ciencias, una tormenta solar de la clase del siglo podría provocar daños veinte veces más económicos que el huracán Katrina.
Áreas de los EE.UU. vulnerables al colapso del sistema de energía en respuesta a una tormenta geomagnética extrema. Fuente: Academia Nacional de Ciencias."Comprender la variabilidad solar es crucial", dice la científica espacial Judith Lean, del Laboratorio de Investigación Naval en Washington DC. "Nuestra forma de vida moderna depende de ello."
El Observatorio de Dinámica Solar (SDO), el cual se lanzará el 9 de febrero de 2010, desde el Centro Espacial Kennedy en Florida, está diseñado para investigar la variabilidad solar a diferencia de cualquier otra misión en la historia de la NASA. Se observará el sol más rápido, más profundo y en mayor detalle que los observatorios anteriores, rompiendo las barreras de escala de tiempo y la claridad que hasta ahora han bloqueado el progreso en la física solar.
Guhathakurta cree que "SDO va a revolucionar nuestra visión del sol".
La revolución comienza con la fotografía de alta velocidad. SDO hará un registro de imágenes de calidad IMAX del sol cada 10 segundos, utilizando un banco de telescopios multi longitud de onda llamados Assembly Imaging Atmospheric (AIA). En comparación, los observatorios anteriores han tomado fotos, en el mejor de los casos, cada pocos minutos, con resoluciones similares a las que vemos en la web, no en una sala de cine. Los investigadores creen que la rápida capacidad de registro de datos de SDO podría tener el mismo efecto transformador sobre la física solar que la invención de la fotografía de alta velocidad tuvo en muchas ciencias en el siglo 19.
SDO no se detiene en la superficie estelar. El Helioseismic Magnetic Imager (HMI) puede realmente ver el interior del sol en la "dínamo" solar misma.
La dinamo solar es una red de corrientes de plasma profunda que genera el campo magnético del Sol y, a veces, con un explosivo campo magnético. Regula todas las formas de actividad solar, desde las erupciones ultra rápidas de las llamaradas solares a las ondulaciones lentas del ciclo undecenal de manchas solares.
"Entender el funcionamiento interno de la dínamo solar ha sido el " grial " de la física solar", dice Dean Pesnell, del Centro de Vuelo Espacial Goddard en Greenbelt, Maryland. "HMI finalmente puede entregarnos esto a nosotros".
La dinamo está oculta a la vista por cerca de 140.000 kilómetros de gas caliente que lo cubre. SDO penetra el velo utilizando una técnica familiar para los geólogos, la sismología. Así como los geólogos sondean el interior de la Tierra utilizando las ondas generadas por terremotos, los físicos solares pueden sondear el interior del Sol utilizando ondas acústicas generadas por la turbulencia de ebullición del sol mismo. HMI detecta las olas, que los investigadores en la Tierra pueden transformar en imágenes muy claras.
"Es un poco como hacer una ecografía de una madre embarazada", Pesnell explica. "Podemos ver" el lado derecho del niño a través de la piel."
Una explicación antes de continuar con el texto principal:
"Constante Solar" es un oxímoron
Los astrónomos estaban tan convencidos de la constancia del sol, que llamaron la irradiación del sol "constante solar", y se dedicaron a medirla, ya que sería una constante de la Naturaleza. Por definición, la constante solar es la cantidad de energía solar depositada en la parte superior de la atmósfera de la Tierra en unidades de vatios por metro cuadrado. Todas las longitudes de onda de la radiación están incluidas: radio, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y así sucesivamente. El valor aproximado de la constante solar es 1361 W/m2.
Las nubes, la absorción atmosférica y otros factores complican las mediciones desde la superficie de la Tierra, por lo que la NASA ha llevado los dispositivos de medición al espacio. Hoy en día, VIRGO, ACRIM y SORCE están haciendo mediciones con una precisioón que está cerca de 10 partes por millón por año. Los futuros instrumentos previstos para el vuelo de la misión GLORY de la NASA y la nave espacial NPOESS de NOAA aspiran precisiones aún más altas.
Para asombro de muchos investigadores, la constante solar ha resultado no ser constante.
""Constante solar" es un oxímoron", dice Judith Lean, del Laboratorio de Investigación Naval. "Los datos de satélite muestran que la irradiancia total del sol sube y baja con el ciclo de manchas solares por una cantidad significativa".
Las mediciones de la misión SORCE indican que la variabilidad de la irradiancia solar total ha disminuido en los últimos seis años. Fuente: NASA.
En el máximo solar, el Sol es de aproximadamente 0,1% más brillante de lo que es en el mínimo solar. Esto puede no parecer mucho, pero consideremos lo siguiente: un 0,1% de variación en 1361 watts/m2 es igual a 1,4 watts/m2. Promediando este número sobre la Tierra esférica y corrigiendo los rendimientos de la reflectividad de la Tierra resultan 0,24 vatios por cada metro cuadrado de nuestro planeta.
"Si se suma todo se obtiene una gran cantidad de energía", dice Lean. "Cómo esto podría afectar el tiempo y el clima es una cuestión de, a veces, apasionado debate."
Debido a que SDO se especializa en longitudes de onda ultravioleta extremo, no estará haciendo mediciones directas de la irradiancia solar total, que requiere la sensibilidad a través de todo el espectro electromagnético. Sin embargo, una combinación de datos de SDO y otras naves espaciales podrían arrojar nueva luz sobre este importante tema, y tal vez revele otros oximorones también.
Los astrónomos estaban tan convencidos de la constancia del sol, que llamaron la irradiación del sol "constante solar", y se dedicaron a medirla, ya que sería una constante de la Naturaleza. Por definición, la constante solar es la cantidad de energía solar depositada en la parte superior de la atmósfera de la Tierra en unidades de vatios por metro cuadrado. Todas las longitudes de onda de la radiación están incluidas: radio, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y así sucesivamente. El valor aproximado de la constante solar es 1361 W/m2.
Las nubes, la absorción atmosférica y otros factores complican las mediciones desde la superficie de la Tierra, por lo que la NASA ha llevado los dispositivos de medición al espacio. Hoy en día, VIRGO, ACRIM y SORCE están haciendo mediciones con una precisioón que está cerca de 10 partes por millón por año. Los futuros instrumentos previstos para el vuelo de la misión GLORY de la NASA y la nave espacial NPOESS de NOAA aspiran precisiones aún más altas.
Para asombro de muchos investigadores, la constante solar ha resultado no ser constante.
""Constante solar" es un oxímoron", dice Judith Lean, del Laboratorio de Investigación Naval. "Los datos de satélite muestran que la irradiancia total del sol sube y baja con el ciclo de manchas solares por una cantidad significativa".
Las mediciones de la misión SORCE indican que la variabilidad de la irradiancia solar total ha disminuido en los últimos seis años. Fuente: NASA.En el máximo solar, el Sol es de aproximadamente 0,1% más brillante de lo que es en el mínimo solar. Esto puede no parecer mucho, pero consideremos lo siguiente: un 0,1% de variación en 1361 watts/m2 es igual a 1,4 watts/m2. Promediando este número sobre la Tierra esférica y corrigiendo los rendimientos de la reflectividad de la Tierra resultan 0,24 vatios por cada metro cuadrado de nuestro planeta.
"Si se suma todo se obtiene una gran cantidad de energía", dice Lean. "Cómo esto podría afectar el tiempo y el clima es una cuestión de, a veces, apasionado debate."
Debido a que SDO se especializa en longitudes de onda ultravioleta extremo, no estará haciendo mediciones directas de la irradiancia solar total, que requiere la sensibilidad a través de todo el espectro electromagnético. Sin embargo, una combinación de datos de SDO y otras naves espaciales podrían arrojar nueva luz sobre este importante tema, y tal vez revele otros oximorones también.
Y ahora continúa el texto principal:
SDO: La Misión Sol Variable
Por último -y de importancia más inmediata para la Tierra- SDO observa el Sol en longitudes de onda donde el sol es más variable, el ultravioleta extremo (EUV). Los fotones EUV son primos de alta energía de los rayos UV regulares que causan quemaduras de sol. Afortunadamente, nuestra atmósfera bloquea los EUV solares, de lo contrario un día en la playa puede ser fatal. En el espacio, la emisión EUV solar es fácil de detectar y posiblemente sea el indicador más sensible de la actividad solar.
"Si los ojos humanos pudieran ver las longitudes de onda EUV, nadie dudaría de que el Sol es una estrella variable", dice Tom Woods, de la Universidad de Colorado en Boulder.
Durante una erupción solar, la producción de luz ultravioleta extrema del sol puede variar por factores de cientos a miles de veces en cuestión de segundos. Los aumentos repentinos de fotones EUV calientan la atmósfera superior de la Tierra, haciendo que la atmósfera se "infle" y arrastre hacia abajo satélites de órbita baja. Los rayos EUV también separan los átomos y las moléculas, creando una capa de iones en la atmósfera superior, que puede perturbar gravemente las señales de radio. Según Judith Lean, "EUV controla el medio ambiente de la Tierra a lo largo de toda la atmósfera por encima de los 100 km."
"EUV es donde está la acción," afrma Woods.
Es por eso que Woods y sus colegas construyeron un sensor de ultravioleta extremo para SDO llamado Experimento de Variabilidad EUV (EVE). "EVE nos da la mayor resolución de tiempo (10 seg) y la más alta resolución espectral (<0,1 nm) que jamás antes hemos tenido para medir el sol; y lo tendremos las veinticuatro horas los siete días de la semana," dice. "Esta es una gran mejora con respecto a misiones anteriores."
Woods espera EVE para revelar qué tan rápido puede cambiar el sol -"realmente no lo sé", señala- y para sorprender a los astrónomos con el tamaño de las explosiones.
EVE, AIA, HMI. Para los próximos cinco años, el Observatorio de Dinámica Solar utilizará estos instrumentos para redefinir nuestra estrella y su potencial de variabilidad. ¿Qué ideas heterodoxas traerán de vuelta? Antiguas enseñanzas, ¡cuídense de lo que viene!
Traducción de Fuente:
Solar Dynamics Observatory: The 'Variable Sun' Mission (Autor: Dr. Tony Phillips | Crédito: Science @ NASA ).
Solar Dynamics Observatory: The 'Variable Sun' Mission (Autor: Dr. Tony Phillips | Crédito: Science @ NASA ).
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