En agosto de 2018, La sonda solar Parker de la NASA se lanzó al espacio, pronto se convertirá en la nave espacial más cercana al Sol. Con instrumentos científicos de vanguardia para medir el entorno alrededor de la nave espacial, Parker Solar Probe ha completado tres de las 24 pasadas planificadas a través de partes nunca antes exploradas de la atmósfera del Sol. la corona. El 4 de diciembre 2019, cuatro nuevos artículos en la revista Naturaleza describa lo que los científicos han aprendido de esta exploración sin precedentes de nuestra estrella y lo que esperan aprender a continuación.

Estos hallazgos revelan nueva información sobre el comportamiento del material y las partículas que se alejan del Sol. acercando a los científicos a responder preguntas fundamentales sobre la física de nuestra estrella. En la búsqueda de proteger a los astronautas y la tecnología en el espacio, La información que Parker ha descubierto sobre cómo el Sol expulsa constantemente material y energía ayudará a los científicos a reescribir los modelos que usamos para comprender y predecir el clima espacial alrededor de nuestro planeta y comprender el proceso mediante el cual se crean y evolucionan las estrellas.

"Estos primeros datos de Parker revelan nuestra estrella, el sol, de formas nuevas y sorprendentes, "dijo Thomas Zurbuchen, administrador asociado de ciencia en la sede de la NASA en Washington. "Observar el Sol de cerca en lugar de a una distancia mucho mayor nos brinda una vista sin precedentes de los fenómenos solares importantes y cómo nos afectan en la Tierra, y nos brinda nuevos conocimientos relevantes para la comprensión de las estrellas activas en las galaxias. Es solo el comienzo de una época increíblemente emocionante para la heliofísica con Parker a la vanguardia de nuevos descubrimientos ".

Aunque nos parezca plácido aquí en la Tierra, el sol es todo menos silencioso. Nuestra estrella es magnéticamente activa, desatando poderosos estallidos de luz, diluvios de partículas que se mueven cerca de la velocidad de la luz y nubes de miles de millones de toneladas de material magnetizado. Toda esta actividad afecta a nuestro planeta, inyectar partículas dañinas en el espacio donde vuelan nuestros satélites y astronautas, interrumpir las comunicaciones y las señales de navegación, e incluso, cuando son intensos, provocan cortes de energía. Ha estado sucediendo durante los 5 mil millones de años de vida del Sol, y continuará dando forma a los destinos de la Tierra y los otros planetas de nuestro sistema solar en el futuro.

"El Sol ha fascinado a la humanidad durante toda nuestra existencia, "dijo Nour E. Raouafi, científico del proyecto de Parker Solar Probe en el Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins en Laurel, Maryland, que construyó y administra la misión para la NASA. "Hemos aprendido mucho sobre nuestra estrella en las últimas décadas, pero realmente necesitábamos una misión como Parker Solar Probe para entrar en la atmósfera del Sol. Es solo allí donde realmente podemos aprender los detalles de estos complejos procesos solares. Y lo que hemos aprendido solo en estas tres órbitas solares ha cambiado mucho lo que sabemos sobre el Sol ".

Lo que sucede en el Sol es fundamental para comprender cómo da forma al espacio que nos rodea. La mayor parte del material que escapa al Sol es parte del viento solar, un flujo continuo de material solar que baña todo el sistema solar. Este gas ionizado, llamado plasma, lleva consigo el campo magnético del Sol, extendiéndolo a través del sistema solar en una burbuja gigante que se extiende por más de 10 mil millones de millas.

El viento solar dinámico

Observado cerca de la Tierra, el viento solar es un flujo de plasma relativamente uniforme, con caídas turbulentas ocasionales. Pero en ese momento ha viajado más de noventa millones de millas, y las firmas de los mecanismos exactos del Sol para calentar y acelerar el viento solar se borran. Más cerca de la fuente del viento solar, Parker Solar Probe vio una imagen muy diferente:una complicada, sistema activo.

"La complejidad era alucinante cuando empezamos a analizar los datos, "dijo Stuart Bale, la Universidad de California, Berkeley, plomo para el conjunto de instrumentos FIELDS de Parker Solar Probe, que estudia la escala y la forma de los campos eléctricos y magnéticos. "Ahora, Me he acostumbrado. Pero cuando les muestro a mis colegas por primera vez, simplemente están asombrados ". Desde el punto de vista de Parker a 15 millones de millas del Sol, Bale explicó, el viento solar es mucho más impulsivo e inestable que lo que vemos cerca de la Tierra.

Como el sol mismo, el viento solar está hecho de plasma, donde los electrones cargados negativamente se han separado de los iones cargados positivamente, creando un mar de partículas flotantes con carga eléctrica individual. Estas partículas que flotan libremente significan que el plasma transporta campos eléctricos y magnéticos, y los cambios en el plasma a menudo dejan marcas en esos campos. Los instrumentos FIELDS inspeccionaron el estado del viento solar midiendo y analizando cuidadosamente cómo los campos eléctricos y magnéticos alrededor de la nave espacial cambiaron con el tiempo. junto con la medición de ondas en el plasma cercano.

Estas mediciones mostraron inversiones rápidas en el campo magnético y repentinas, Chorros de material que se mueven más rápido:todas características que hacen que el viento solar sea más turbulento. Estos detalles son clave para comprender cómo el viento dispersa la energía a medida que fluye desde el Sol y por todo el sistema solar.

Un tipo de evento en particular llamó la atención de los equipos científicos:volteretas en la dirección del campo magnético, que fluye del sol, incrustado en el viento solar. Estas inversiones, denominadas "retrocesos", duran desde unos pocos segundos hasta varios minutos a medida que fluyen sobre Parker Solar Probe. Durante un retroceso, el campo magnético retrocede sobre sí mismo hasta que apunta casi directamente hacia el Sol. Juntos, CAMPOS y BARRIDO, el conjunto de instrumentos de viento solar dirigido por la Universidad de Michigan y administrado por el Observatorio Astrofísico Smithsonian, midió grupos de curvas a lo largo de los dos primeros sobrevuelos de Parker Solar Probe.

"Se han visto ondas en el viento solar desde el comienzo de la era espacial, y asumimos que más cerca del Sol las olas se harían más fuertes, pero no esperábamos verlos organizarse en estos picos de velocidad estructurados coherentes, "dijo Justin Kasper, investigador principal de SWEAP, abreviatura de Solar Wind Electrons Alphas and Protons, en la Universidad de Michigan en Ann Arbor. "Estamos detectando remanentes de estructuras del Sol lanzadas al espacio y cambiando violentamente la organización de los flujos y el campo magnético. Esto cambiará drásticamente nuestras teorías sobre cómo se están calentando la corona y el viento solar".

La fuente exacta de los cambios aún no se comprende, pero las mediciones de Parker Solar Probe han permitido a los científicos reducir las posibilidades.

Entre las muchas partículas que fluyen perpetuamente desde el Sol se encuentran un haz constante de electrones en rápido movimiento, que viajan a lo largo de las líneas del campo magnético del Sol hacia el sistema solar. Estos electrones siempre fluyen estrictamente a lo largo de la forma de las líneas de campo que salen del Sol, independientemente de si el polo norte del campo magnético en esa región en particular está apuntando hacia o lejos del Sol. Pero Parker Solar Probe midió este flujo de electrones que van en la dirección opuesta, volteando hacia el Sol, lo que muestra que el campo magnético en sí debe estar inclinado hacia el Sol, en lugar de que Parker Solar Probe simplemente encuentre una línea de campo magnético diferente del Sol que apunta en la dirección opuesta. Esto sugiere que las curvas son torceduras en el campo magnético:perturbaciones localizadas que se alejan del Sol, en lugar de un cambio en el campo magnético cuando emerge del Sol.

Las observaciones de Parker Solar Probe de los cambios sugieren que estos eventos se volverán aún más comunes a medida que la nave espacial se acerque al Sol. El próximo encuentro solar de la misión el 29 de enero, 2020, llevará la nave espacial más cerca del Sol que nunca, y puede arrojar nueva luz sobre este proceso. Esta información no solo ayuda a cambiar nuestra comprensión de las causas del viento solar y el clima espacial que nos rodea, también nos ayuda a comprender un proceso fundamental de cómo funcionan las estrellas y cómo liberan energía en su entorno.

El viento solar giratorio

Algunas de las mediciones de Parker Solar Probe están acercando a los científicos a las respuestas a preguntas de hace décadas. Una de esas preguntas es cómo, exactamente, el viento solar fluye desde el sol.

Cerca de la tierra vemos que el viento solar fluye casi radialmente, lo que significa que fluye directamente desde el Sol, directamente en todas las direcciones. Pero el Sol gira mientras libera el viento solar; antes de que se libere, el viento solar giraba con él. Esto es un poco como los niños que viajan en un carrusel de un parque de juegos:la atmósfera gira con el Sol de manera similar a como gira la parte exterior del carrusel, pero cuanto más te alejas del centro, cuanto más rápido te mueves en el espacio. Un niño en el borde podría saltar y lo haría, en ese punto, moverse en línea recta hacia afuera, en lugar de seguir girando. En una forma similar, hay algún punto entre el Sol y la Tierra, el viento solar pasa de girar junto con el Sol a fluir directamente hacia afuera, o radialmente, como vemos desde la Tierra.

Exactamente donde el viento solar pasa de un flujo rotacional a un flujo perfectamente radial tiene implicaciones sobre cómo el Sol arroja energía. Encontrar ese punto puede ayudarnos a comprender mejor el ciclo de vida de otras estrellas o la formación de discos protoplanetarios. los densos discos de gas y polvo alrededor de estrellas jóvenes que eventualmente se fusionan en planetas.

Ahora, por primera vez, en lugar de solo ver ese flujo directo que vemos cerca de la Tierra, Parker Solar Probe pudo observar el viento solar mientras aún estaba girando. Es como si Parker Solar Probe tuviera una vista del carrusel giratorio directamente por primera vez, no solo los niños saltando de él. El instrumento de viento solar de Parker Solar Probe detectó una rotación a más de 20 millones de millas del Sol, y cuando Parker se acercó a su punto de perihelio, la velocidad de rotación aumentó. La fuerza de la circulación fue más fuerte de lo que muchos científicos habían predicho, pero también pasó más rápido de lo previsto a un flujo de salida, que es lo que ayuda a enmascarar estos efectos desde donde normalmente nos sentamos, a unos 93 millones de millas del Sol.

"El gran flujo de rotación del viento solar observado durante los primeros encuentros ha sido una verdadera sorpresa, ", dijo Kasper." Aunque esperábamos ver eventualmente un movimiento de rotación más cerca del Sol, la alta velocidad que estamos viendo en estos primeros encuentros es casi diez veces mayor que la predicha por los modelos estándar ".

Polvo cerca del sol

Otra pregunta que se aproxima a una respuesta es la esquiva zona libre de polvo. Nuestro sistema solar está inundado de polvo:las migajas cósmicas de las colisiones que formaron planetas, asteroides, cometas y otros cuerpos celestes hace miles de millones de años. Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que, cerca del sol, este polvo se calentaría a altas temperaturas por la potente luz solar, convirtiéndolo en gas y creando una región libre de polvo alrededor del Sol. Pero nadie lo había observado nunca.

Por primera vez, Los generadores de imágenes de Parker Solar Probe vieron que el polvo cósmico comenzaba a diluirse. Porque WISPR, el instrumento de imagen de Parker Solar Probe, dirigido por el Laboratorio de Investigación Naval:mira por el costado de la nave espacial, puede ver amplias franjas de la corona y el viento solar, incluidas las regiones más cercanas al Sol. Estas imágenes muestran que el polvo comienza a adelgazarse a poco más de 7 millones de millas del Sol. and this decrease in dust continues steadily to the current limits of WISPR's measurements at a little over 4 million miles from the Sun.

"This dust-free zone was predicted decades ago, but has never been seen before, " said Russ Howard, principal investigator for the WISPR suite—short for Wide-field Imager for Solar Probe—at the Naval Research Laboratory in Washington, D.C. "We are now seeing what's happening to the dust near the Sun."

At the rate of thinning, scientists expect to see a truly dust-free zone starting a little more than 2-3 million miles from the Sun—meaning Parker Solar Probe could observe the dust-free zone as early as 2020, when its sixth flyby of the Sun will carry it closer to our star than ever before.

Putting space weather under a microscope

Parker Solar Probe's measurements have given us a new perspective on two types of space weather events:energetic particle storms and coronal mass ejections.

Tiny particles—both electrons and ions—are accelerated by solar activity, creating storms of energetic particles. Events on the Sun can send these particles rocketing out into the solar system at nearly the speed of light, meaning they reach Earth in under half an hour and can impact other worlds on similarly short time scales. These particles carry a lot of energy, so they can damage spacecraft electronics and even endanger astronauts, especially those in deep space, outside the protection of Earth's magnetic field—and the short warning time for such particles makes them difficult to avoid.

Understanding exactly how these particles are accelerated to such high speeds is crucial. But even though they zip to Earth in as little as a few minutes, that's still enough time for the particles to lose the signatures of the processes that accelerated them in the first place. By whipping around the Sun at just a few million miles away, Parker Solar Probe can measure these particles just after they've left the Sun, shedding new light on how they are released.

Ya, Parker Solar Probe's ISʘIS instruments, led by Princeton University, have measured several never-before-seen energetic particle events—events so small that all trace of them is lost before they reach Earth or any of our near-Earth satellites. These instruments have also measured a rare type of particle burst with a particularly high number of heavier elements—suggesting that both types of events may be more common than scientists previously thought.

"It's amazing—even at solar minimum conditions, the Sun produces many more tiny energetic particle events than we ever thought, " said David McComas, principal investigator for the Integrated Science Investigation of the Sun suite, or ISʘIS, at Princeton University in New Jersey. "These measurements will help us unravel the sources, aceleración, and transport of solar energetic particles and ultimately better protect satellites and astronauts in the future."

Data from the WISPR instruments also provided unprecedented detail on structures in the corona and solar wind—including coronal mass ejections, billion-ton clouds of solar material that the Sun sends hurtling out into the solar system. CMEs can trigger a range of effects on Earth and other worlds, from sparking auroras to inducing electric currents that can damage power grids and pipelines. WISPR's unique perspective, looking alongside such events as they travel away from the Sun, has already shed new light on the range of events our star can unleash.

"Since Parker Solar Probe was matching the Sun's rotation, we could watch the outflow of material for days and see the evolution of structures, " said Howard. "Observations near Earth have made us think that fine structures in the corona segue into a smooth flow, and we're finding out that's not true. This will help us do better modeling of how events travel between the Sun and Earth."

As Parker Solar Probe continues on its journey, it will make 21 more close approaches to the Sun at progressively closer distances, culminating in three orbits a mere 3.83 million miles from the solar surface.

"The Sun is the only star we can examine this closely, "dijo Nicola Fox, director de la División de Heliofísica en la Sede de la NASA. "Getting data at the source is already revolutionizing our understanding of our own star and stars across the universe. Our little spacecraft is soldiering through brutal conditions to send home startling and exciting revelations."

Data from Parker Solar Probe's first two solar encounters is available to the public online.

Parker Solar Probe es parte del programa Living with a Star de la NASA para explorar aspectos del sistema Sol-Tierra que afectan directamente la vida y la sociedad. El programa Living with a Star es administrado por el Goddard Space Flight Center de la agencia en Greenbelt, Maryland, para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. Johns Hopkins APL designed, construyó y opera la nave espacial.