Observatorio Nacional Solar de EEUU: Explorando los recursos del viento solar con la sonda Parker y GONG
Ilustración de Parker Solar Probe y una foto de una de las estaciones GONG en Cerro Tololo en Chile. Créditos: NSO / NSF / AURA y NASA / Johns Hopkins APL / Steve Gribben
Por Sam Badman – Universidad Berkeley de California
En agosto de 2018, la NASA lanzó Parker Solar Probe, la misión de la humanidad de tocar el Sol. En noviembre, la misión voló cerca del Sol por primera vez (acercándose más de 5 veces al Sol que a la Tierra), y mientras viajaba, uno de sus instrumentos científicos midió el campo magnético que estaba experimentando. Vimos que el campo magnético se hacía cada vez más fuerte a medida que nos acercábamos más y más al Sol en proporción al cuadrado de la distancia al Sol, ¡una tendencia predicha por Eugene Parker hace más de 50 años! Además, observamos el cambio de campo entre apuntar hacia y lejos del Sol (también conocido como polaridad magnética). Algunas de estas volteretas fueron muy rápidas (ocurrieron en segundos o minutos) y se han conocido como “switchbacks” y fueron un nuevo descubrimiento totalmente inesperado identificado en los primeros documentos de resultados de la misión. [Bale 2019, Kasper 2019].
En nuestro trabajo [Badman 2020] nos centramos en los giros más largos que tuvieron lugar con días o semanas de diferencia, que nos informan sobre la estructura del campo magnético del Sol a gran escala. Usamos modelos magnéticos del Sol usando mediciones tomadas por el Grupo de Red de Oscilaciones Globales (GONG por sus siglas en inglés) de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos para explicar por qué se midió esto. Al hacerlo, descubrimos qué partes del Sol generaban el plasma que fluía a través de la PSP durante este tiempo. En particular, encontramos para este primer sobrevuelo cercano que el viento solar provenía de una pequeña región cerca del ecuador del Sol llamada agujero coronal ecuatorial.
El Sol siempre arroja plasma caliente en todas direcciones, llamado viento solar, llenando el espacio. Una parte de ese plasma fluye más allá de la Tierra. Siempre estamos siendo azotados por el viento solar, pero la mayoría de las veces estamos protegidos de los efectos nocivos por el campo magnético de la Tierra. A veces, el Sol enviará un estallido de radiación hacia la Tierra, o las características del tipo de viento solar que llega a la Tierra cambiarán repentinamente. Cuando se produce un cambio rápido como este, puede provocar fenómenos meteorológicos espaciales que pueden dañar los satélites, afectar las comunicaciones por radio e incluso dañar nuestras redes eléctricas. Predecir esto es realmente importante y para hacer estas predicciones, necesitamos saber el camino que tomarán estos eventos desde el Sol hasta la Tierra. La mayoría de las erupciones del Sol son guiadas hacia afuera por líneas de campo magnético. Solo ciertas líneas del campo magnético “escapan” del Sol, muchas se cierran como los bucles que se ven con limaduras de hierro y una barra magnética. Necesitamos saber la ubicación de estas líneas de campo abiertas o de escape para predecir de dónde pueden escapar y adónde podrían llegar en el espacio, incluida la Tierra. Al explicar lo que medimos con Parker Solar Probe, podemos probar estas conexiones y las ubicaciones de las “líneas de campo abierto” y mejorar nuestros modelos para ayudar con la predicción del clima espacial.
We use a magnetic field model (called the Potential Field Source Surface model, freely accessible in the python programming language of the corona using data from NSF’s GONG, which is operated by the National Solar Observatory. GONG measures the magnetic field on the surface of the sun. In particular, we use a specific GONG data product: zero-point corrected magnetograms, first created for space weather forecasting purposes. This is particularly important for our work as these data carefully treat small, hard to see signals near zero field strength. These signals are vital for capturing open field lines which, unlike sunspots or solar active regions, are often rooted in regions of weaker magnetic field.
Usamos un modelo de campo magnético (llamado Potential Field Source) de libre acceso en el lenguaje de programación Python [Stansby 2020]) de la corona utilizando datos de GONG de NSF, que es operado por el Observatorio Solar Nacional de Estados Unidos. GONG mide el campo magnético en la superficie del sol. En particular, utilizamos un producto de datos GONG específico: magnetogramas corregidos de punto cero, creados por primera vez con fines de pronóstico del tiempo espacial. Esto es particularmente importante para nuestro trabajo, ya que estos datos tratan cuidadosamente las señales pequeñas y difíciles de ver con una intensidad de campo cercana a cero. Estas señales son vitales para capturar líneas de campo abierto que, a diferencia de las manchas solares o las regiones solares activas, a menudo tienen sus raíces en regiones de campo magnético más débil.
Parker Solar Probe se acerca mucho, mucho al Sol, por lo que es especialmente emocionante tratar de explicar el viento solar que ve, ya que hay menos incertidumbre en el viaje de los vientos solares entre la corona y la misión, y aún más singularmente, Parker solar Prove se vuelve tan rápido en su órbita que “alcanza” brevemente al Sol (la mayoría de las naves espaciales orbitan al Sol mucho más lento que la velocidad a la que gira el Sol) y se desplaza sobre el mismo lugar durante muchos días. Esto significa que si averiguamos de dónde viene el viento solar en este momento, podemos medir cómo cambia en el tiempo y en el espacio y usar toda esta nueva información para aprender más sobre cómo la atmósfera del Sol escapa al espacio, por ejemplo para investigar de dónde provienen estos emocionantes cambios.