Cuando nuestro Sol entra en erupción con explosiones gigantes, como ráfagas de radiación llamadas llamaradas solares, sabemos que pueden afectar el espacio en todo el sistema solar, así como cerca de la Tierra. Pero monitorear sus efectos requiere tener observatorios en muchos lugares con muchas perspectivas, de la misma forma en que los sensores meteorológicos de toda la Tierra pueden ayudarnos a monitorear lo que está sucediendo con una tormenta terrestre.

Al usar múltiples observatorios, dos estudios recientes muestran cómo las erupciones solares exhiben pulsos u oscilaciones en la cantidad de energía que se envía. Dicha investigación proporciona nuevos conocimientos sobre los orígenes de estas erupciones solares masivas, así como el clima espacial que producen. que es información clave a medida que los humanos y las misiones robóticas se aventuran en el sistema solar, cada vez más lejos de casa.

El primer estudio detectó oscilaciones durante una llamarada, inesperadamente, en las mediciones de la producción total de energía ultravioleta extrema del Sol, un tipo de luz invisible a los ojos humanos. El 15 de febrero 2011, el Sol emitió una llamarada solar de clase X, el tipo más poderoso de estos intensos estallidos de radiación. Debido a que los científicos tenían múltiples instrumentos para observar el evento, pudieron rastrear las oscilaciones en la radiación de la llamarada, sucediendo simultáneamente en varios conjuntos diferentes de observaciones.

"Cualquier tipo de oscilación del Sol puede decirnos mucho sobre el entorno en el que se producen las oscilaciones, o sobre el mecanismo físico responsable de impulsar cambios en las emisiones, "dijo Ryan Milligan, autor principal de este primer estudio y físico solar del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, y la Universidad de Glasgow en Escocia. En este caso, los pulsos regulares de luz ultravioleta extrema indicaban que las perturbaciones, similares a los terremotos, se estaban propagando por la cromosfera, la base de la atmósfera exterior del Sol, durante la llamarada.

Lo que sorprendió a Milligan acerca de las oscilaciones fue el hecho de que se observaron por primera vez en datos ultravioleta extremos del GOES de la NOAA, abreviatura de satélite ambiental de la operación geoestacionaria, que reside en el espacio cercano a la Tierra. La misión estudia el Sol desde la perspectiva de la Tierra, recopilar datos de rayos X y de irradiancia ultravioleta extrema:la cantidad total de energía del Sol que llega a la atmósfera de la Tierra a lo largo del tiempo.

Este no era un conjunto de datos típico de Milligan. Si bien GOES ayuda a monitorear los efectos de las erupciones solares en el entorno espacial de la Tierra, conocido colectivamente como clima espacial, el satélite no fue diseñado inicialmente para detectar detalles finos como estas oscilaciones.

Al estudiar las erupciones solares, Milligan usa más comúnmente datos de alta resolución en una región activa específica en la atmósfera del Sol para estudiar los procesos físicos subyacentes a las erupciones. Esto a menudo es necesario para acercar los eventos en un área en particular; de lo contrario, pueden perderse fácilmente en el contexto de la constante del Sol, radiación intensa.

"Las llamaradas en sí están muy localizadas, Entonces, para que las oscilaciones se detecten por encima del ruido de fondo de las emisiones regulares del Sol y se muestren en los datos de irradiancia fue muy sorprendente, "Dijo Milligan.

Ha habido informes anteriores de oscilaciones en los datos de rayos X del GOES procedentes de la atmósfera superior del Sol, llamado la corona, durante las erupciones solares. Lo que es único en este caso es que los pulsos se observaron en una emisión ultravioleta extrema a frecuencias que muestran que se originaron más bajas, en la cromosfera, proporcionando más información sobre cómo viaja la energía de una llamarada a través de la atmósfera del Sol.

Para estar seguro de que las oscilaciones fueron reales, Milligan y sus colegas comprobaron los datos correspondientes de otros instrumentos de observación solar a bordo del Observatorio de Dinámica Solar de la NASA o SDO. para abreviar:uno que también recopila datos de irradiancia ultravioleta extrema y otro que visualiza la corona en diferentes longitudes de onda de luz. Encontraron exactamente los mismos pulsos en esos conjuntos de datos, confirmando que eran un fenómeno con origen en el Sol. Sus hallazgos se resumen en un artículo publicado en Las cartas del diario astrofísico el 9 de octubre 2017.

Estas oscilaciones interesan a los científicos porque pueden ser el resultado de un mecanismo por el cual las llamaradas emiten energía al espacio, un proceso que aún no comprendemos completamente. Adicionalmente, el hecho de que las oscilaciones aparecieran en conjuntos de datos que normalmente se utilizan para monitorear patrones espaciales más grandes sugiere que podrían desempeñar un papel en la conducción de los efectos del clima espacial.

En el segundo estudio, Los científicos investigaron una conexión entre las erupciones solares y la actividad en la atmósfera de la Tierra. El equipo descubrió que los pulsos en la capa electrificada de la atmósfera, llamada ionosfera, reflejaban oscilaciones de rayos X durante un 24 de julio, 2016, Llamarada clase C. Las bengalas de clase C son de intensidad media a baja, y unas 100 veces más débiles que las llamaradas X.

Extendiéndose desde aproximadamente 30 a 600 millas sobre la superficie de la Tierra, la ionosfera es una región de la atmósfera en constante cambio que reacciona a los cambios tanto de la Tierra abajo como del espacio arriba. Se hincha en respuesta a la radiación solar entrante, que ioniza los gases atmosféricos, y se relaja por la noche a medida que las partículas cargadas se recombinan gradualmente.

En particular, el equipo de científicos, dirigido por Laura Hayes, una física solar que divide su tiempo entre NASA Goddard y Trinity College en Dublín, Irlanda, y su asesor de tesis Peter Gallagher, observó cómo la capa más baja de la ionosfera, llamada la región D, respondió a las pulsaciones de una llamarada solar.

"Esta es la región de la ionosfera que afecta las comunicaciones de alta frecuencia y las señales de navegación, "Dijo Hayes." Las señales viajan a través de la región D, y los cambios en la densidad de electrones afectan si la señal es absorbida, o degradado ".

Los científicos utilizaron datos de muy baja frecuencia, o VLF, señales de radio para sondear los efectos de la llamarada en la región D. Se trataba de señales de comunicación estándar transmitidas desde Maine y recibidas en Irlanda. Cuanto más densa es la ionosfera, cuanto más probable es que estas señales se encuentren con partículas cargadas en su camino desde un transmisor de señales hasta su receptor. Al monitorear cómo se propagan las señales VLF de un extremo al otro, los científicos pueden trazar un mapa de los cambios en la densidad de electrones.

Combinando los datos de VLF y las observaciones de rayos X y ultravioleta extrema de GOES y SDO, el equipo descubrió que la densidad de electrones de la región D pulsaba en concierto con los pulsos de rayos X en el Sol. Publicaron sus resultados en el Revista de investigación geofísica el 17 de octubre, 2017.

"Los rayos X inciden en la ionosfera y, debido a que la cantidad de radiación de rayos X que ingresa está cambiando, la cantidad de ionización en la ionosfera también cambia, "dijo Jack Ireland, coautor de ambos estudios y físico solar de Goddard. "Hemos visto oscilaciones de rayos X antes, pero la respuesta de la ionosfera oscilante no se ha detectado en el pasado ".

Hayes y sus colegas utilizaron un modelo para determinar cuánto cambió la densidad de electrones durante el destello. En respuesta a la radiación entrante, encontraron que la densidad aumentó hasta 100 veces en solo 20 minutos durante los pulsos, una observación emocionante para los científicos que no esperaban que las señales oscilantes en una llamarada tuvieran un efecto tan notable en la ionosfera. Con más estudio, el equipo espera comprender cómo responde la ionosfera a las oscilaciones de rayos X en diferentes escalas de tiempo, y si otras erupciones solares inducen esta respuesta.

"Este es un resultado emocionante, mostrando que la atmósfera de la Tierra está más estrechamente relacionada con la variabilidad de los rayos X solares de lo que se pensaba anteriormente, ", Dijo Hayes." Ahora planeamos explorar más a fondo esta relación dinámica entre el Sol y la atmósfera de la Tierra ".

Ambos estudios aprovecharon el hecho de que cada vez somos más capaces de rastrear la actividad solar y el clima espacial desde varios puntos de vista. Comprender el clima espacial que nos afecta en la Tierra requiere comprender un sistema dinámico que se extiende desde el Sol hasta nuestra atmósfera superior, un sistema que solo puede entenderse aprovechando una amplia gama de misiones esparcidas por el espacio.