Atravesar el espacio a una velocidad cercana a la de la luz, principal desafío de próximos vuelos espaciales

Atravesar el espacio a una velocidad cercana a la de la luz, las partículas energéticas solares, o SEP, son uno de los principales desafíos para el futuro de los vuelos espaciales tripulados. Las nubes de estos diminutos proyectiles solares pueden llegar a la Tierra, un viaje de 93 millones de millas, en menos de una hora. Pueden freír la electrónica sensible de las naves espaciales y plantear graves riesgos para los astronautas humanos. Pero su aparición es extraordinariamente difícil de predecir, en parte porque todavía no sabemos exactamente de dónde vienen en el Sol.

Un nuevo estudio que rastrea tres estallidos de SEP hasta el Sol ha proporcionado la primera respuesta.

“Por primera vez hemos podido identificar las fuentes específicas de estas partículas energéticas”, dijo Stephanie Yardley, física espacial del University College London y coautora del artículo. «Comprender las regiones de origen y los procesos físicos que producen SEP podría conducir a una mejor previsión de estos eventos». Los autores del estudio, David Brooks, físico espacial de la Universidad George Mason en Washington, D.C., y Yardley publicaron sus hallazgos en Science Advances el 3 de marzo de 2021.

Los SEP pueden dispararse desde el Sol en cualquier dirección; atrapar uno en la inmensidad del espacio no es poca cosa. El Observatorio del Sistema de Heliofísica de la NASA, una creciente flota de naves espaciales que estudian el Sol, estratégicamente ubicadas en todo el sistema solar, fue diseñado en parte para aumentar las posibilidades de esos encuentros afortunados.

Una vista de cerca de una de las llamaradas del AR 11944 emitidas el 7 de enero de 2014. Esta llamarada puede ser la forma en que los SEP detectados por el viento fueron liberados del sol. Créditos: NASA / SDO

Los científicos han dividido los eventos SEP en dos tipos principales: impulsivos y graduales. Los eventos SEP impulsivos generalmente ocurren después de las erupciones solares, los destellos brillantes en el Sol producidos por erupciones magnéticas abruptas.

«Hay un pico realmente agudo, y luego una disminución exponencial con el tiempo», dijo Lynn Wilson, científica del proyecto de la nave espacial Wind en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.

Los SEP graduales duran más, a veces durante días. Vienen en grandes enjambres, lo que hace que las explosiones sean un riesgo mayor para los astronautas y satélites. Los SEP graduales son empujados desde atrás por eyecciones de masa coronal, o CME, grandes columnas de material solar que se mueven a través del espacio como un maremoto. Los SEP actúan como surfistas, atrapados por esa ola y propulsados ​​a velocidades increíbles.

El mayor misterio sobre los SEP graduales no es qué los acelera, sino de dónde vienen en primer lugar. Por razones que aún no se comprenden completamente, los SEP contienen una mezcla de partículas diferente a la del otro material solar que sale del Sol en el viento solar: menos iones de carbono, azufre y fósforo, por ejemplo. Algunos científicos sospechan que están cortados de una tela completamente diferente, formándose en una característica o capa del Sol diferente al resto del viento solar.

Para averiguar de dónde provienen los SEP, Brooks y Yardley rastrearon los eventos SEP graduales desde enero de 2014 hasta su origen en el Sol.

Closed magnetic field lines loop back to the Sun, surrounded by open field lines that reach out into space, as depicted in this illustration. Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Lisa Poje/Genna Duberstein

Comenzaron con la nave espacial Wind de la NASA, que orbita en el punto L1 Lagrange aproximadamente 1 millón de millas más cerca del Sol que nosotros. Uno de los ocho instrumentos de Wind son las Partículas Energéticas: Aceleración, Composición y Transporte, o instrumento EPACT, que se especializa en detectar SEP. EPACT capturó tres fuertes explosiones SEP el 4, 6 y 8 de enero.

Los datos del viento mostraron que estos eventos SEP de hecho tenían una «huella digital» específica: una mezcla de partículas diferente a la que se encuentra típicamente en el viento solar.

«A menudo hay menos azufre en los SEP en comparación con el viento solar, a veces mucho menos», dijo Brooks, autor principal del artículo. «Esta es una huella digital única de los SEP que nos permite buscar lugares en la atmósfera del Sol donde también falta azufre».

Se dirigieron a la nave espacial Hinode de observación del sol de JAXA / NASA, un observatorio en el que Brooks desempeña un papel operativo crítico para la NASA de Japón. Hinode estaba observando la Región Activa 11944, un área brillante de fuerte campo magnético con una gran mancha solar oscura visible desde la Tierra. AR 11944 había producido varias llamaradas grandes y CME a principios de enero que liberaron y aceleraron los SEPs Wind observado.

El espectrómetro de imágenes ultravioleta extrema de Hinode, o instrumento EIS, escaneó la región activa, dividiendo la luz en líneas espectrales que se utilizan para identificar elementos específicos. Buscaron lugares en la región activa con una huella digital coincidente, donde la combinación específica de elementos coincidiera con lo que vieron en los datos de Wind.

“Este tipo de investigación es exactamente para lo que se diseñó Hinode”, dijo Sabrina Savage, científica del proyecto estadounidense de Hinode. «La ciencia de sistemas complejos no se puede hacer en una burbuja con una sola misión».

Los datos de Hinode revelaron la fuente de los eventos SEP, pero no fue lo que Brooks o Yardley esperaban.

Como regla general, el viento solar puede escapar más fácilmente al encontrar líneas de campo magnético abiertas: líneas de campo ancladas al Sol en un extremo pero que fluyen hacia el espacio en el otro.