A finales de mayo del 2020, la misión Solar Orbiter, la más reciente de la Agencia Espacial Europea (ESA), dirigió sus telescopios hacia el Sol y causó revuelo entre la comunidad científica. Sus imágenes en luz extrema ultravioleta, que son las más detalladas jamás tomadas de nuestra estrella, han revelado un fenómeno desconocido hasta ahora, que los científicos denominaron fogatas. Los investigadores consideran que este descubrimiento podría representar un paso para entender un fenómeno que no se ha podido explicar – la temperatura extremadamente alta de la corona solar.
Solar Orbiter es una de dos misiones enviadas al espacio para acercarse al Sol y estudiarlo a él y sus alrededores en mucho detalle. La otra misión es la Parker Solar Probe de la NASA. Sin embargo, solo Solar Orbiter tiene instrumentos abordo que le permiten tomar imágenes del Sol y de su atmósfera de manera continua. Esta nave espacial viaja alrededor del astro en una órbita alargada, acercándose a ella a una distancia mínima de tan solo 60 radios solares o 0.284 unidades astronómicas (1 UA = distancia promedio entre el Sol y la Tierra). A esta distancia, el Sol parece 3.5 veces más grande que desde la Tierra.
Figura 1: Fogatas solares. Fuente: Solar Orbiter, ESA.
La misión Solar Orbiter consta de varios instrumentos, incluidos seis telescopios que observan el Sol y su entorno, y cuatro instrumentos para mediciones locales de las propiedades del viento solar y el campo magnético interplanetario. Entre los telescopios se encuentran cámaras ultravioletas EUI (Extreme Ultra Violet Imager en inglés), que registran el Sol en longitudes de onda de 121.6 nm, 17.4 nm y 33.5 nm. Con esto, Solar Orbiter puede observar lo que sucede en las capas de la atmósfera solar que pertenecen a la cromosfera superior y la corona inferior. Estas capas son especialmente interesantes para los científicos, porque a una altitud de 2100 kilómetros hay una región en la que la temperatura de la atmósfera solar a lo largo de una distancia de tan solo 100 kilómetros aumenta por un factor de 50, de 20 mil a 1 millón de grados Kelvin. Sin embargo, se desconocen los mecanismos responsables de este calentamiento tan brusco.
Una pista para resolver este enigma fue proporcionada el 30 de mayo de 2020, durante la fase inicial de la misión Solar Orbiter. Entonces, la nave se encontraba a una distancia del Sol de 0.556 UA y los científicos quisieron probar el funcionamiento de algunos de sus instrumentos. Así, dirigieron ambas cámaras ultravioletas hacia el Sol y éstas tomaron imágenes de nuestra estrella cada 5 segundos durante un período de 250 segundos. Cada cámara capturó 50 fotos y debido a su proximidad excepcional, Solar Orbiter pudo distinguir detalles en el Sol de tan solo 400 kilómetros de tamaño.
A primera vista, las imágenes mostraban fenómenos ya conocidos en la corona solar. Como apenas estábamos en la fase inicial del Ciclo Solar 25, el Sol estaba muy tranquilo. El 30 de mayo de 2020 había pocas regiones activas en él y la cromosfera solar estaba plagada de líneas de campo magnético que surgían desde las capas inferiores del Sol y luego regresaban a ellas en otra ubicación no muy lejana.
Esta vez, sin embargo, los astrónomos también detectaron algo inesperado: en las imágenes de la atmósfera solar aparecieron pequeñas áreas ubicadas a una altura de entre 1,000 y 5,000 kilómetros sobre la fotosfera, con una superficie promedio de un millón de metros cuadrados. Estas estructuras se diferenciaban de las demás porque de repente, durante un período corto, brillaban mucho más que su entorno. Este brillo intenso solía durar entre 10 y 100 segundos. El aumento de la emisión indicaba una temperatura muy elevada en comparación con los alrededores.
Figura 2: Resultados de la simulación numérica de las fogatas solares. Fuente: Chen et al. (2021), Astronomy & Astrophysics.
Los astrónomos llamaron a estos sucesos fogatas y plantearon que ocurren debido a un fenómeno físico llamado la reconexión magnética. Con este término describimos el proceso cuando cambia la topología del campo magnético. Como resultado de la reconexión se producen nuevas líneas del campo magnético que suelen ser muy curvas o incluso fuertemente torcidas. Inmediatamente después de la reconexión, estas líneas comienzan a enderezarse y así una parte de su energía magnética se ocupa para acelerar y calentar las partículas ligadas en ellas (este proceso es similar a la aceleración de una flecha por la cuerda de un arco). Debido a la temperatura elevada, las partículas comienzan a emitir un exceso de luz ultravioleta.
Las fogatas son un fenómeno que transfiere energía desde el interior solar a las capas inferiores de la corona del Sol, ayudando así a elevar su temperatura. Aunque ya se han observado fenómenos similares en el Sol, por ejemplo, las famosas ráfagas solares, el tamaño de las fogatas es mucho menor. De esta forma, y paso a paso, los astrónomos están resolviendo el enigma que ha intrigado a la comunidad científica durante unos cien años.
Lecturas adicionales para los más curiosos
- Chen, Y., Przybylski, D., Peter, H., Tian, H., Auchère, F. And Berghmans, D., Transient small-scale brightenings in the quiet solar corona: a model for campfires observed with Solar
Orbiter, 2021, Astronomy & Astrophysics - Berghmans, D., Auchère, F., Long, D. M., Soubrié, E., Zhukov, A. N., Mierla, M., Schühle, U.,
Antolin, P., Parenti, S., Harra, L., Podladchikova, O., Aznar Cuadrado, R., Buchlin, É., Dolla,
L., Verbeeck, C., Gissot, S., Teriaca, L., Haberreiter, M., Katsiyannis, A. C., Rodriguez, L.,
Kraaikamp, E., Smith, P. J., Stegen, K., Rochus, P., Halain, J. P., Jacques, L., Thompson, W. T.,
Inhester, B., Extreme UV quiet Sun brightenings observed by Solar Orbiter/EUI, 2021,
Astronomy & Astrophysics - Panesar, Navdeep K. , Tiwari, Sanjiv K. , Berghmans, David , Cheung, Mark C. M. , Muller,
Daniel , Auchere, Frederic , Zhukov, Andrei, The Magnetic Origin of Solar Campfires, 2021,
ApJ Letters - Solar Orbiter’s first images reveal ‘campfires’ on the Sun, European Space Agency,
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Solar_Orbiter
/Solar_Orbiter_s_first_images_reveal_campfires_on_the_Sun - Solar Orbiter factsheet, European Space Agency, https://www.esa.int/Science_Exploration
/Space_Science/Solar_Orbiter/Solar_Orbiter_factsheet
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