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    Cómo los científicos predijeron la aparición de Coronas durante el 21 de agosto, 2017, Eclipse solar total

    Esta visualización muestra el campo magnético tridimensional del Sol durante una rotación solar completa. Los investigadores de Predictive Science modelaron líneas de campo magnético para calcular la presencia de estructuras complejas en la corona. Crédito:Predictive Science Inc./NASA Goddard, Joy Ng

    Era el 14 de agosto de 2017, solo una semana antes de que la Luna se cruzara con el Sol y la Tierra, proyectando su sombra a través de los Estados Unidos. Todo el país vibraba de anticipación por la fugaz oportunidad de ver la corona, la tenue atmósfera exterior del Sol.

    Pero la espera fue especialmente estresante para un grupo de científicos de Predictive Science Inc., una empresa de investigación privada en San Diego:acababan de publicar una predicción de cómo se vería la corona el 21 de agosto, el día del eclipse solar total. ¿Cómo se compararía su predicción, el resultado de un modelo numérico complejo y decenas de horas de computación, con la realidad?

    "Esperando la totalidad, sabe exactamente lo que ha predicho y lo que espera, "¿El investigador de ciencia predictiva Zoran Miki?", Dijo. "Debido a que trabajas mucho con el modelo y ves la predicción tantas veces, está grabado en tu cerebro. Hay mucha ansiedad porque si estás totalmente equivocado, es un poco vergonzoso ".

    Los investigadores de Predictive Science utilizaron datos del Observatorio de Dinámica Solar de la NASA, o SDO, para desarrollar un modelo que simule la corona. Su modelo utiliza mediciones de campos magnéticos en la superficie del Sol para predecir cómo el campo magnético da forma a la corona. Su trabajo fue apoyado por la NASA, la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea. Miki? es el autor principal de un artículo que resume su trabajo y publicado en Astronomía de la naturaleza el 27 de agosto, 2018.

    La ciencia coronal está profundamente arraigada en la historia de los eclipses totales; incluso con tecnología de punta, es solo durante un eclipse total que los científicos pueden resolver la región más baja de la corona, justo por encima de la superficie del Sol. Esta parte dinámica de la atmósfera solar está entrelazada con complejos campos magnéticos que suministran la energía para tremendas erupciones como llamaradas y eyecciones de masa coronal.

    A medida que las partículas y la radiación de las explosiones solares viajan desde el Sol, pueden manifestarse como perturbaciones en el espacio cercano a la Tierra, conocido como clima espacial. Tan variable como el clima que experimentamos en la Tierra, el clima espacial puede interrumpir las señales de comunicación, astronautas y satélites en órbita, o incluso redes eléctricas.

    La capacidad de pronosticar y predecir el clima espacial, al igual que hacemos el clima terrestre, es fundamental para mitigar estos impactos. y modelos como el de Predictive Science son herramientas clave en el esfuerzo.

    Los eclipses ofrecen una oportunidad única para que los investigadores prueben sus modelos. Al comparar la predicción de la corona del modelo con las observaciones durante el propio eclipse, podrían evaluar y mejorar el rendimiento de sus modelos.

    Predictive Science Inc. desarrolló un modelo numérico que simulaba cómo se vería la corona durante el 21 de agosto de 2017, Eclipse solar total. Haga clic y arrastre el control deslizante para comparar una imagen compuesta generada a partir de fotografías tomadas el día del eclipse total con las predicciones del modelo. Crédito:Predictive Science Inc./Miloslav Druckmüller, Peter Aniol, Shadia Habbal / NASA Goddard, Joy Ng

    El modelo que utilizó el equipo de Predictive Science para el eclipse de agosto de 2017 fue el más complejo hasta ahora en dos décadas de predicción de eclipses.

    Una mayor complejidad exige más horas informáticas, y cada simulación requirió miles de procesadores y tomó aproximadamente dos días de tiempo real para completarse. El grupo de investigación ejecutó su modelo en varias supercomputadoras, incluidas las instalaciones del Centro de Computación Avanzada de Texas de la Universidad de Texas en Austin; el Centro de Supercomputación de San Diego de la Universidad de California en San Diego; y la supercomputadora Pléyades en la instalación de Supercomputación Avanzada de la NASA en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California.

    Además de los mapas de SDO del campo magnético del Sol, el modelo utilizó observaciones SDO de prominencias:estructuras en forma de serpiente hechas de material solar denso que sobresale de la superficie del Sol. Las prominencias se forman en partes estresadas del campo magnético, donde está retorcido en una cuerda y es capaz de estallar si se enrolla.

    Los investigadores también incluyeron nuevos cálculos para el calentamiento coronal. Todavía no entendemos cómo la corona arde a más de 2 millones de grados Fahrenheit, mientras que solo 1, 000 millas abajo, la superficie subyacente hierve a fuego lento en un suave 10, 000 F. Una teoría propone ondas electromagnéticas, llamadas ondas de Alfvén, lanzadas desde la superficie agitada del Sol y se precipitan hacia la corona, calentar las partículas a medida que se propagan hacia el exterior, un poco como las olas del océano empujan y aceleran a los surfistas hacia la orilla.

    Teniendo en cuenta las prominencias y estas pequeñas, pero numerosas, ondas, los científicos esperaban pintar un retrato cada vez más detallado del complejo comportamiento de la corona.

    Después del eclipse el grupo descubrió que su predicción tenía un parecido sorprendente con el 21 de agosto de 2017, corona, aunque el modelo carece de muchas estructuras más finas. Tanto la predicción como las fotos desde el suelo tomadas el día del eclipse muestran tres serpentinas de cascos:inmensas, estructuras en forma de pétalo que se forman sobre una red de bucles magnéticos. La fuerza de la comparación respalda los avances del nuevo modelo.

    Los científicos siempre han sabido que los campos magnéticos retorcidos subyacentes a las prominencias son una parte importante del Sol. pero los modelos anteriores del equipo no eran lo suficientemente sofisticados para reflejarlo. Lo mismo ocurre con las ondas que calientan la corona. "En algún sentido, el rendimiento del modelo nos dice que el nuevo modelo de calefacción va en la dirección correcta, "¿Miki?", Dijo. "Ciertamente está mostrando mejores resultados. Deberíamos seguirlo y refinarlo aún más ".

    En el negocio de las predicciones de eclipses, ayuda cuando el sol está tranquilo, o menos activo. En agosto de 2017, el sol estaba en una de esas fases tranquilas, moviéndose constantemente hacia un período de baja actividad solar en su ciclo de aproximadamente 11 años.

    Predictive Science Inc. desarrolló un modelo numérico que simulaba cómo se vería la corona durante el 21 de agosto de 2017, Eclipse solar total. Crédito:Predictive Science Inc.

    Los científicos alimentaron su modelo con datos de campo magnético recopilados del lado del Sol que mira hacia la Tierra durante los 27 días anteriores, el tiempo que tarda el Sol en completar una rotación completa, ya que actualmente no tienen una forma de observar todo el solar esférico. superficie de una sola vez. Con ese enfoque, las mediciones tomadas al comienzo del período de 27 días, de partes de la superficie del Sol que posteriormente han girado hacia atrás donde ya no se pueden ver, tienen más probabilidades de quedar obsoletas que las tomadas al final. Pero en tiempos de actividad solar disminuida, el campo magnético no cambia rápidamente, por lo que incluso los datos de 27 días son útiles.

    Una discrepancia entre la predicción y las observaciones es una característica más delgada, llamado pseudostreamer, que sale de la esquina superior derecha del Sol. Los investigadores determinaron que su modelo pasó por alto el pseudotreamer porque el campo magnético cambió en esa región específica durante la recopilación de datos. La predicción de un modelo diferente capturó con éxito a este pseudotreamer, Miki? dijo, porque parece haber estimado el campo magnético con mayor precisión allí.

    "Lo más importante que me llevo de esto es que tienen un modelo sofisticado que se ve bien, pero están limitados por sus observaciones, "dijo Alex Young, un científico solar en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, que no participó en el estudio. "Lo que el modelo pierde es una cuestión de cambio de sol, y eso es algo que no pueden manejar sin suficientes observaciones desde los lugares correctos ".

    Probar un modelo como este apoya la idea de que, con más datos y puntos de vista diversos, los científicos pueden calcular mejor la dinámica más fina del Sol y, en última instancia, mejorar su capacidad para pronosticar los fenómenos meteorológicos espaciales que pueden interferir con la tecnología y los astronautas en el espacio.

    Poco menos de un año después de que millones de personas vieran la corona durante el eclipse total, el 12 de agosto 2018, La NASA lanzó Parker Solar Probe en su camino para volar a través de la corona, acercándose más al Sol que cualquier nave espacial anterior.

    Parker Solar Probe enviará de vuelta a la Tierra observaciones desde el interior de la propia corona, que los investigadores pueden agregar a sus modelos, llenando vacíos de conocimiento cruciales en la complicada física de la corona.

    Miki? dichos modelos como el suyo pueden complementar la misión contextualizando el viaje de la nave espacial a través de la corona. Los científicos nunca han trabajado con datos recopilados tan cerca del Sol. Al modelar toda la corona, el panorama general, los investigadores proporcionarán una perspectiva crucial sobre los alrededores de Parker mientras se aventura en un territorio completamente inexplorado.

    "Esta es una ciencia asombrosa para Parker Solar Probe y desde el eclipse, que comparte un propósito clave, "dijo Thomas Zurbuchen, administrador asociado en la sede de la NASA en Washington. "Más allá de la ciencia, se trata de mejorar realmente nuestra comprensión y capacidad para predecir el clima espacial, un gran impacto que podemos tener en la NASA ".


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