Producen mapas globales del campo magnético coronal del Sol
Table of Contents
Por primera vez, los científicos han tomado mediciones casi diarias del campo magnético coronal global del Sol, una región del Sol que sólo se ha observado de forma irregular en el pasado. Las observaciones resultantes proporcionan información valiosa sobre los procesos que impulsan las intensas tormentas solares que impactan las tecnologías fundamentales y, por lo tanto, las vidas y los medios de subsistencia, aquí en la Tierra.
Un análisis de los datos, recopilados durante ocho meses por un instrumento llamado Polarímetro Coronal Multicanal Actualizado (UCoMP, por Upgraded Coronal Multi-channel Polarimeter), fue publicado ayer en Science.
El campo magnético de nuestra estrella es el principal impulsor de las tormentas solares, que pueden afectar gravemente las redes eléctricas, los sistemas de comunicación y las tecnologías espaciales como el GPS. Sin embargo, nuestra capacidad para comprender cómo el campo magnético acumula energía y entra en erupción se ha visto limitada por el desafío de observarlo en la corona solar, la atmósfera superior del Sol.
Medir el magnetismo de la región mediante métodos polarimétricos estándar suele requerir equipos grandes y costosos que hasta la fecha sólo han podido estudiar pequeños segmentos de la corona. Sin embargo, el uso combinado de sismología coronal y observaciones a con UCoMP permite que los investigadores produzcan vistas consistentes y completas del campo magnético de la corona global: la vista de todo el Sol que se ve durante un eclipse solar.
“El mapeo global del campo magnético coronal ha sido una gran parte faltante en el estudio del Sol”, dijo Zihao Yang, autor principal que realizó esta investigación como doctorado en la Universidad de Pekín, China, y ahora es becario postdoctoral en el Centro Nacional de Investigación Atmosférica de la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. (NSF NCAR). “Esta investigación nos está ayudando a llenar un vacío crucial en nuestra comprensión de los campos magnéticos coronales, que son la fuente de energía para las tormentas que pueden impactar la Tierra”.
El equipo internacional está formado por investigadores de la Universidad de Northumbria, Reino Unido, NSF NCAR, Universidad de Pekín, China, y la Universidad de Michigan. La investigación fue financiada por una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Programa Nacional Clave de I+D de China y apoyada por la beca para estudiantes de posgrado de Newkirk otorgada a Yang por NSF NCAR. El instrumento UCoMP fue desarrollado con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. (NSF) y es operado por NSF NCAR en el Observatorio Solar Mauna Loa em Hawái.
Instrumento mejorado #
Aunque los científicos han podido medir de forma rutinaria el campo magnético en la superficie del Sol, conocido como fotosfera, durante mucho tiempo ha sido difícil medir el campo magnético coronal, mucho más difuso. Esto ha limitado una comprensión más profunda de la estructura tridimensional y la evolución del campo magnético de la corona, donde se forman las tormentas solares.
Para medir en profundidad los campos magnéticos coronales tridimensionales, se necesitan grandes telescopios como el Telescopio Solar Daniel K. Inouye (DKIST) de NSF. Con una apertura de 4 metros de diámetro, DKIST es el telescopio solar más grande del mundo y recientemente demostró su capacidad innovadora para realizar observaciones detalladas del campo magnético coronal. Sin embargo, DKIST no puede mapear por completo el Sol. En realidad, el instrumento UCoMP es más adecuado para brindar a los científicos imágenes globales del campo magnético coronal, aunque con una resolución más baja y en una proyección bidimensional. Por tanto, las observaciones de ambas fuentes son muy importantes para una visión holística del campo magnético coronal.
UCoMP es principalmente un coronógrafo, un instrumento que utiliza un disco para bloquear la luz del Sol, similar a un eclipse, lo que facilita la observación de la corona. También combina un polarímetro Stokes, que genera imágenes de otra información espectral, como la intensidad de la línea coronal y la velocidad Doppler. Aunque UCoMP tiene una apertura mucho más pequeña (20 cm.), puede tomar una visión más amplia, lo que permite estudiar todo el Sol la mayoría de los días.
Los investigadores aplicaron un método llamado sismología coronal para rastrear ondas transversales magnetohidrodinámicas (MHD) en los datos de UCoMP. Las ondas MHD les proporcionaron información que les permitió crear un mapa bidimensional de la fuerza y dirección del campo magnético coronal.
En 2020, un estudio previo utilizó el predecesor de UCoMP y el método de sismología coronal para producir el primer mapa del campo magnético coronal global. Este fue un paso crucial hacia las mediciones rutinarias del campo magnético coronal. UCoMP tiene capacidades ampliadas que permiten realizar mediciones rutinarias más detalladas. Durante el estudio con UCoMP, el equipo de investigación produjo 114 mapas de campos magnéticos entre febrero y octubre de 2022, o uno casi cada dos días.
“Estamos entrando en una nueva era de la investigación de la física solar en la que podemos medir de forma rutinaria el campo magnético coronal”, señaló Yang.
Completando la imagen #
Las observaciones también produjeron las primeras mediciones del campo magnético coronal en las regiones polares de nuestra estrella. Los polos del Sol nunca han sido observados directamente porque la curva del Sol cerca de los polos los mantiene fuera de nuestra vista desde la Tierra. Aunque los investigadores no observaron directamente los polos, por primera vez pudieron tomar medidas del magnetismo que emiten desde ellos. Esto se debió en parte a la mejora de la calidad de los datos proporcionados por UCoMP y a que el Sol estaba cerca del máximo solar. Las emisiones típicamente débiles de la región polar han sido mucho más fuertes, lo que facilita la obtención de resultados del campo magnético coronal en las regiones polares.
_Como becario postdoctoral en NSF NCAR, Yang continuará su investigación del campo magnético del Sol. Espera mejorar los modelos coronales existentes que se basan en mediciones de la fotosfera. Dado que el método actual utilizado con UCoMP se limita a dos dimensiones, todavía no captura el campo magnético tridimensional completo. Yang y sus colegas esperan combinar su investigación con otras técnicas para obtener una comprensión más profunda del vector completo del campo magnético en la corona.
La tercera dimensión del campo magnético, orientada a lo largo de la línea de visión del espectador, es de particular importancia para comprender cómo se energiza la corona antes de una erupción solar. En última instancia, se necesita una combinación de un gran telescopio y un campo de visión global para medir todos los giros y enredos tridimensionales detrás de fenómenos como las erupciones solares. Esta es la motivación detrás del propuesto Observatorio de Magnetismo Solar Coronal (COSMO), un telescopio refractor solar de 1,5 metros de diámetro que se encuentra en su estudio de diseño final.
“Dado que el magnetismo coronal es la fuerza que envía masa desde el Sol a través del sistema solar, tenemos que observarlo en 3D, y en todas partes al mismo tiempo, en toda la corona global”, dijo Sarah Gibson, líder de desarrollo de COSMO y NSF NCAR, y coautora científica del artículo. “El trabajo de Yang representa un gran paso adelante en nuestra capacidad para comprender cómo cambia el campo magnético coronal global del Sol de un día para otro. Esto es fundamental para nuestra capacidad de predecir y prepararnos mejor para las tormentas solares, que representan un peligro cada vez mayor para nuestras vidas aquí en la Tierra, cada vez más dependientes de la tecnología”.
Importante #
El paper Observing the evolution of the Sun’s global coronal magnetic field over eight months, fue publicado en Science. Sus autores son: Zihao Yang, Hui Tian, Steven Tomczyk, Xianyu Liu, Sarah Gibson, Richard J. Morton & Cooper Downs.
