Durante cinco meses a mediados de 2017, Emily Mason hacía lo mismo todos los días. Al llegar a su oficina en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, ella se sentó en su escritorio, abrió su computadora, y contemplé imágenes del sol, todo el día, cotidiano. "Probablemente miré datos de tres o cinco años, "Calculó Mason. Entonces, en octubre de 2017, Ella paró. Se dio cuenta de que había estado mirando algo equivocado todo el tiempo.

Masón, estudiante de posgrado en la Universidad Católica de América en Washington, CORRIENTE CONTINUA., estaba buscando lluvia coronal:globos gigantes de plasma, o gas electrificado, que gotean de la atmósfera exterior del Sol a su superficie. Pero esperaba encontrarlo en serpentinas de cascos, los bucles magnéticos de un millón de millas de altura, llamados así por su parecido con el casco puntiagudo de un caballero, que pueden verse sobresaliendo del Sol durante un eclipse solar. Las simulaciones por computadora predijeron que la lluvia coronal podría encontrarse allí. Observaciones del viento solar, el gas que escapa del Sol y sale al espacio, insinuó que la lluvia podría estar ocurriendo. Y si pudiera encontrarlo la física subyacente de la producción de lluvia tendría importantes implicaciones para el misterio de 70 años de por qué la atmósfera exterior del Sol, conocido como la corona, es mucho más caliente que su superficie. Pero después de casi medio año de búsqueda, Mason simplemente no pudo encontrarlo. "Fue mucho mirar, Mason dijo:"por algo que finalmente nunca sucedió".

El problema, resultó, no era lo que estaba buscando, pero donde. En un artículo publicado hoy en Cartas de revistas astrofísicas , Mason y sus coautores describen las primeras observaciones de lluvia coronal en una una especie de bucle magnético del Sol que antes se pasaba por alto. Después de mucho, búsqueda sinuosa en la dirección equivocada, Los hallazgos forjan un nuevo vínculo entre el calentamiento anómalo de la corona y la fuente del lento viento solar, dos de los mayores misterios que enfrenta la ciencia solar en la actualidad.

Cómo llueve en el sol

Observado a través de los telescopios de alta resolución montados en la nave espacial SDO de la NASA, el Sol, una bola de plasma caliente, lleno de líneas de campo magnético trazadas por gigantes, bucles ardientes: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, lluvia.

En la tierra, la lluvia es solo una parte del ciclo más amplio del agua, un tira y afloja sin fin entre el empuje del calor y el tirón de la gravedad. Comienza cuando el agua líquida, agrupados en la superficie del planeta en los océanos, lagos o arroyos, es calentado por el sol. Parte de ella 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 la Tierra en forma de lluvia, antes de que el proceso comience de nuevo.

En el sol, Mason dijo: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". Plasma, un gas cargado eléctricamente, no se acumula como el agua, sino que traza los bucles magnéticos que emergen de la superficie del Sol como una montaña rusa sobre vías. En los puntos de pie del bucle, donde se adhiere a la superficie del Sol, el plasma se sobrecalienta desde unos pocos miles hasta 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 cascos, pero su motivación para mirar allí tenía más que ver con este ciclo subyacente de calentamiento y enfriamiento que con la lluvia misma. Desde al menos mediados de la década de 1990, Los científicos han sabido que las serpentinas de cascos son una fuente del viento solar lento, comparativamente lento, densa corriente de gas que escapa del Sol por separado de su homólogo de rápido movimiento. Pero las mediciones del gas del viento solar lento revelaron que una vez se había calentado a un grado extremo antes de enfriarse y escapar del sol. El proceso cíclico de calentamiento y enfriamiento detrás de la lluvia coronal, si estaba sucediendo dentro de las serpentinas del casco, sería una pieza del rompecabezas.

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 se aplica calor al fondo del bucle. "Si un bucle tiene lluvia coronal, eso significa que el 10% inferior, o menos, es donde ocurre el calentamiento coronal, "dijo Mason. Los bucles de lluvia proporcionan una vara de medir, un punto de corte para determinar dónde se calienta la corona. Comenzar su búsqueda en los bucles más grandes que pudieron encontrar (serpentinas de cascos gigantes) parecía un objetivo modesto, y uno que maximice 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 el Sol cada doce segundos desde su lanzamiento en 2010. Pero casi medio año después de la búsqueda, Mason todavía no había observado una sola gota de lluvia en una serpentina de casco. Ella tenía, sin embargo, notó una gran cantidad de diminutas estructuras magnéticas, aquellos con los que no estaba familiarizada. "Eran muy brillantes y seguían atrayendo mi atención, "dijo Mason." Cuando finalmente les eché un vistazo, efectivamente, tenían decenas de horas de lluvia a la vez ".

En primer lugar, Mason estaba tan concentrada en su búsqueda de serpentinas de casco que no hizo nada de las observaciones. "Ella vino a la reunión del grupo y dijo:'Nunca lo encontré, lo veo todo el tiempo en estas otras estructuras, pero no son serpentinas de cascos, '", dijo Nicholeen Viall, un científico solar en Goddard, y coautor del artículo. "Y yo dije, 'Espera. ¿Donde lo ves? ¡No creo que nadie haya visto eso antes! '"

Una varilla de medición para calentar

Estas estructuras se diferenciaban de las serpentinas de cascos en varios aspectos. Pero lo más llamativo de ellos fue su tamaño.

"Estos bucles eran mucho más pequeños de lo que estábamos buscando, "dijo Spiro Antiochos, quien también es físico solar en Goddard y coautor del artículo. "Eso te dice que el calentamiento de la corona está mucho más localizado de lo que pensábamos".

Si bien los hallazgos no dicen exactamente cómo se calienta la corona, "empujan hacia abajo el piso donde podría ocurrir el calentamiento coronal, ", dijo Mason. Había encontrado bucles de lluvia que eran unos 30, 000 millas de altura, apenas un dos por ciento de la altura de algunas de las serpentinas de cascos que estaba buscando originalmente. Y la lluvia condensa la región donde puede estar ocurriendo el calentamiento coronal clave. "Todavía no sabemos exactamente qué está calentando la corona, pero sabemos que tiene que suceder en esta capa, "dijo Mason.

Una nueva fuente para el viento solar lento

Pero una parte de las observaciones no concuerda con las 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 mientras Mason examinaba los datos, encontró casos en los que la lluvia se estaba formando en líneas abiertas de campo magnético. Anclado al sol en un solo extremo, el otro extremo de estas líneas de campo abierto se alimentaba al espacio, y el plasma allí podría escapar al viento solar. Para explicar la anomalía, Mason y el equipo desarrollaron una explicación alternativa, una que conectaba la lluvia sobre estas diminutas estructuras magnéticas con los orígenes del lento viento solar.

En la nueva explicación, el plasma que llueve comienza su viaje en un circuito cerrado, pero cambia, a través de un proceso conocido como reconexión magnética, a uno abierto. El fenómeno ocurre con frecuencia en el Sol, cuando un circuito cerrado choca con una línea de campo abierto y el sistema se vuelve a cablear. Repentinamente, 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, enfriarse, y caer de nuevo al Sol como lluvia coronal. Pero otras partes de ella escaparán, formando, sospechan, una parte del lento viento solar.

Mason está trabajando actualmente en una simulación por computadora de la nueva explicación, pero también espera que la evidencia observacional próxima pueda confirmarlo. Ahora que Parker Solar Probe, lanzado en 2018, está viajando más cerca del Sol que cualquier nave espacial anterior a él, puede volar a través de ráfagas de viento solar lento que se remonta al Sol; potencialmente, a uno de los eventos de lluvia coronal de Mason. Después de observar la lluvia coronal en una línea de campo abierto, el plasma saliente, escapando al viento solar, normalmente se perdería para la posteridad. Pero ya no. "Potencialmente podemos hacer esa conexión con Parker Solar Probe y decir, eso fue todo, "dijo Viall.

Explorando los datos

¿En cuanto a encontrar lluvia coronal en las serpentinas de los cascos? La búsqueda continúa. Las simulaciones son claras:la lluvia debería estar ahí. "¿Quizás es tan pequeño que no puedes verlo?" dijo Antioco. "Realmente no lo sabemos".

Pero entonces 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.

"Suena como un trabajo duro, pero honestamente es mi cosa favorita, "dijo Mason." Quiero decir que por eso construimos algo que toma tantas imágenes del Sol:para que podamos mirarlas y averiguarlo ".