Durante cinco meses a mediados de 2017, Emily Mason hizo lo mismo todos los días. Al llegar a su oficina en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, se sentó en su escritorio, abrió su computadora y observó las imágenes del Sol, todo el día, todos los días. «Probablemente revisé los datos de tres o cinco años», estimó Mason. Luego, en octubre de 2017, se detuvo. Ella se dio cuenta de que había estado mirando algo equivocado todo el tiempo.
Mason, una estudiante graduado de la Universidad Católica de América en Washington, DC, estaba buscando lluvia coronal: globos gigantes de plasma o gas electrificado, que gotea desde la atmósfera exterior del Sol hasta su superficie. Pero ella esperaba encontrarlo en serpentinas de casco, los bucles magnéticos de más de 3 millones de kilómetros, llamados así por su parecido con el casco puntiagudo de un caballero, que se puede ver saliendo del Sol durante un eclipse solar.
Lluvia coronal oculta
Simulaciones por computadora predijeron que la lluvia coronal podría encontrarse allí. Las observaciones del viento solar, el gas que se escapa del Sol y sale al espacio, insinúa que la lluvia podría estar ocurriendo. Y si ella pudiera encontrarlo, la física subyacente de la lluvia tendría importantes implicaciones para el misterio de 70 años de por qué la atmósfera exterior del Sol, conocida como la corona, es mucho más caliente que su superficie. Pero después de casi medio año de búsqueda, Mason simplemente no pudo encontrarlo.
Mason dijo:
«Fue mucho mirar, por algo que en última instancia nunca sucedió».
Resultó que el problema no era lo que estaba buscando, sino dónde. En un artículo publicado recientemente en la revista Astrophysical Journal Letters, Mason y sus coautores describen las primeras observaciones de la lluvia coronal en una especie de bucle magnético más pequeño, que antes se pasaba por alto en el Sol. Después de una larga y sinuosa búsqueda en la dirección equivocada, los hallazgos forjan un nuevo vínculo entre el calentamiento anómalo de la corona y la fuente del viento solar lento, dos de los mayores misterios que enfrenta la ciencia solar actual.
¿Cómo llueve en el Sol?
Observado a través de los telescopios de alta resolución montados en la nave SDO de la NASA, el Sol, una bola de plasma caliente, repleta de líneas de campo magnético trazadas por gigantescos y ardientes bucles, parece tener pocas similitudes físicas con la Tierra. Pero nuestro planeta natal proporciona algunas guías útiles para analizar el caótico tumulto del Sol: entre ellos, la lluvia.
En la Tierra, la lluvia es solo una parte del ciclo de agua más grande, una lucha sin fin entre el empuje del calor y la fuerza de la gravedad. Comienza cuando el agua se calienta, acumulada en la superficie del planeta en océanos, lagos o arroyos, es calentada por el Sol. Una parte se evapora y se eleva a la atmósfera, donde se enfría y se condensa en nubes. Finalmente, esas nubes se vuelven lo suficientemente pesadas como para que la fuerza de la gravedad se vuelva irresistible y el agua vuelva a caer a la Tierra como lluvia, antes de que el proceso comience de nuevo.
En el Sol, dijo Mason, la lluvia coronal funciona de manera similar, «pero en lugar de agua a 60 grados, se trata de un plasma de un millón de grados». El plasma, un gas cargado eléctricamente, no se acumula como el agua, sino que rastrea los bucles magnéticos que emergen de la superficie del Sol como una montaña rusa en las pistas. En los puntos del pie del bucle, donde se adhiere a la superficie del Sol, el plasma se sobrecalienta de unos pocos miles a más de 1.8 millones de grados Fahrenheit. Luego expande el bucle y se acumula en su punto máximo, lejos de la fuente de calor. A medida que el plasma se enfría, se condensa y la gravedad lo atrae por las piernas del bucle como lluvia coronal.
Mason estaba buscando lluvia coronal en serpentinas de casco, pero su motivación para mirar allí tenía más que ver con este ciclo subyacente de calefacción y refrigeración que la lluvia misma. Desde al menos a mediados de la década de 1990, los científicos han sabido que las serpentinas de los cascos son una fuente del viento solar lento, un flujo de gas denso y relativamente lento que se escapa del Sol por separado de su contraparte en rápido movimiento. Pero las mediciones del lento viento solar gas revelaron que una vez se había calentado en un grado extremo antes de enfriar y escapar del sol. El proceso cíclico de calentamiento y enfriamiento detrás de la lluvia coronal, si esto ocurriera dentro de las serpentinas del casco, sería una pieza del rompecabezas.
Calentamiento coronal
La otra razón se relaciona con el problema del calentamiento coronal: el misterio de cómo y por qué la atmósfera exterior del Sol es unas 300 veces más caliente que su superficie. Sorprendentemente, las simulaciones han demostrado que la lluvia coronal solo se forma cuando el calor se aplica a la parte inferior del bucle.
Mason dijo:
«Si un bucle tiene lluvia coronal, eso significa que el 10% inferior, o menos, es donde ocurre el calentamiento coronal.
Los bucles de lluvia proporcionan una varilla de medición, un punto de corte para determinar dónde se calienta la corona. Comenzar su búsqueda en los bucles más grandes que pudieron encontrar (gigantescos cascos) parecía una meta modesta y que maximizaría sus posibilidades de éxito.
Tenía los mejores datos para el trabajo: imágenes tomadas por el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA, o SDO, una nave espacial que ha fotografiado al Sol cada doce segundos desde su lanzamiento en 2010. Pero casi medio año después de la búsqueda, Mason aún no lo había logrado. Observó una sola «gota de lluvia» en una serpentina de casco. Sin embargo, había notado una serie de diminutas estructuras magnéticas, con las que no estaba familiarizada.
Mason dijo:
«Fueron realmente brillantes y siguieron llamando mi atención. Cuando finalmente les eché un vistazo, seguro que tuvieron decenas de horas de lluvia a la vez».
Al principio, Mason estaba tan concentrada en su búsqueda de transmisor de casco que no hizo nada de las observaciones.
Una barra de medir para calentar
Estas estructuras diferían de las serpentinas de casco de varias maneras. Pero lo más sorprendente de ellos era su tamaño.
Si bien los hallazgos no dicen exactamente cómo se calienta la corona, «sí empujan hacia abajo el piso donde podría ocurrir el calentamiento coronal», dijo Mason. Ella había encontrado bucles de lluvia de aproximadamente 48.000 kilómetros de alto, apenas un dos por ciento de la altura de algunas de las serpentinas de casco que originalmente estaba buscando. Y la lluvia condensa la región donde puede estar ocurriendo el calentamiento coronal clave.
Mason dijo:
«Todavía no sabemos exactamente qué está calentando la corona, pero sabemos que tiene que pasar en esta capa».
Una nueva fuente para el viento solar lento
Pero una parte de las observaciones no coincidió con teorías anteriores. Según el entendimiento actual, la lluvia coronal solo se forma en bucles cerrados, donde el plasma puede acumularse y enfriarse sin ningún medio de escape. Pero cuando Mason examinó los datos, encontró casos en los que se estaba formando lluvia en las líneas abiertas del campo magnético. Anclado al Sol en un solo extremo, el otro extremo de estas líneas de campo abierto se alimentan en el espacio, y el plasma podría escapar hacia el viento solar. Para explicar la anomalía, Mason y el equipo desarrollaron una explicación alternativa, una que conectaba la lluvia en estas diminutas estructuras magnéticas con los orígenes del viento solar lento.
En la nueva explicación, el plasma de lluvia comienza su viaje en un circuito cerrado, pero pasa, a través de un proceso conocido como reconexión magnética, a uno abierto. El fenómeno ocurre con frecuencia en el Sol, cuando un circuito cerrado se topa con una línea de campo abierto y el sistema se vuelve a cablear. De repente, el plasma sobrecalentado en el circuito cerrado se encuentra en una línea de campo abierto, como un tren que ha cambiado de vía. Parte de ese plasma se expandirá rápidamente, se enfriará y volverá al Sol como lluvia coronal. Pero otras partes se escaparán, formando, sospechan, una parte del viento solar lento.
Mason está trabajando actualmente en una simulación por computadora de la nueva explicación, pero también espera que la evidencia de observación que se avecina pronto pueda confirmarlo. Ahora que Parker Solar Probe, lanzado en 2018, está viajando más cerca del Sol que cualquier otra nave espacial anterior, puede volar a través de ráfagas de viento solar lento que pueden rastrearse hasta el Sol, potencialmente hasta uno de los eventos de lluvia coronal de Mason. Después de observar la lluvia coronal en una línea de campo abierto, el plasma saliente, que se escapa al viento solar, normalmente se perdería en la posteridad. Pero ya no.
Cavando a través de los datos
¿En cuanto a encontrar lluvia coronal en serpentinas de casco? La búsqueda continúa. Las simulaciones son claras: la lluvia debería estar allí.
Pero, de nuevo, si Mason hubiera encontrado lo que estaba buscando, podría no haber hecho el descubrimiento, o haber pasado todo ese tiempo aprendiendo los entresijos de los datos solares.
Imagen de portada: Mason buscó lluvia coronal en serpentinas de casco como la que aparece en el lado izquierdo de esta imagen, tomada durante el eclipse de 1994 desde América del Sur. Aparece un pseudoestopador más pequeño en la extremidad occidental (lado derecho de la imagen). Llamadas así por su parecido con el casco puntiagudo de un caballero, las serpentinas de los cascos se extienden hacia la débil corona del sol y se ven más fácilmente cuando se ocluye la luz de la superficie brillante del Sol. Crédito: © 1994 Úpice observatory y Vojtech Rušin, © 2007 Miloslav Druckmüller