Columna de Astronomía: Tocar la atmósfera del Sol

Uno de las problemas que repito en los cursos de mecánica es: un innovador le propone deshacerse de la basura no reciclable de la Tierra en la fotósfera del Sol, otro grupo propone enviarla a una estrella cercana. ¿Qué es más caro en términos energéticos: enviar la basura al Sol o a Alpha Centauri?.

Evidentemente la respuesta es contraintuitiva, se requiere menos energía en enviar un cohete a una estrella cercana que al Sol. La razón es que para llegar al Sol debemos perder el moméntum angular que ya tenemos por el hecho de orbitar junto a la Tierra, que se mueve a eso de 30 kilómetros por segundo a una distancia de 150 millones de kilómetros.

El cálculo del problema anterior supone que la única forma de desacelerar un objeto es quemando el combustible de un cohete. Sin embargo, la Sonda Parker -que partió este domingo al Sol- hará uso intensivo de la gravedad del planeta Venus para perder impulso en 7 encuentros cercanos que le llevarán desde la órbita terrestre a una órbita de sólo 88 días alrededor de la estrella.

La expectativa entre la comunidad científica es alta. Si bien tomará 7 años para que Parker complete su misión, significa un gran paso en el estudio de la corona del Sol, la capa exterior de su atmósfera y dónde se aceleran las partículas que componen el viento solar.

Esta misión ha sido posible gracias al enorme avance técnico en el material que protegerá los instrumentos cuando la sonda soporte más de 1.300 grados Celcius provenientes de la radiación del Sol. Para ello, Parker cuenta con un escudo protector de más de 10cm de es espesor compuesto de un material en base a carbono que debe ser lo suficientemente liviano para el despegue y eficiente como aislante para mantener los instrumentos a unos 30 grados.

Los ojos de Parker, que tomarán y enviarán sus datos a la Tierra durante el largo de la misión, le permitirán tomar imágenes del viento solar, medir el campo electromagnético y las partículas cargadas que son eyectadas desde el Sol.

A pesar que Parker no tocará la superficie del Sol, llegará a una distancia de menos de 8 radios solares de su superficie. Desde su perihelio (el punto más cercano de su travesía al Sol) se encontrará a 1/25 de la distancia entre la Tierra y el Sol (Unidad Astronómica o UA), desde dónde éste se verá 25 veces más grande de lo que se ve desde acá. Esto le entrega el récord de la mínima distancia al Sol en más de 7 veces comparado con el actual poseedor, la sonda Helios 2 que en 1976 llegó a poco más de un tercio de la distancia entre la Tierra y el Sol. En su punto más cercano Parker viajará a casi 700.000 km/hr o 200 km/s. Esto corresponde a 0,0007 veces la velocidad de la luz, todo un récord para cualquier sonda, y dónde efectos relativistas como la dilación del tiempo deben ser considerados al analizar los datos.

Puede causar sorpresa que un objeto tan bien estudiado como el Sol guarde aún sorpresas por develar. De hecho, fue observando el espectro del Sol durante un eclipse en 1868 que se observó por primera vez el elemento Helio (nombrado en honor al dios griego del Sol), evidenciado como una línea amarilla, que tiempo después se asociaría al nuevo elemento en la Tierra. Si bien se conoce bastante del núcleo e interior del Sol, es precisamente en la zona más expuesta, su superficie y atmósfera, dónde más interrogantes existen.

Desde que se adosó el pequeño telescopio solar ATM a la estación orbital Skylab en 1973 que se ha estudiado al Sol desde el espacio. Algunos hitos del siglo pasado son las sondas Helios 1 y 2 enviadas en 1974 (la misma del récord de cercanía al Sol hasta ahora), la Solar Maximum Mission enviada por la NASA en 1980 descubriendo que el Sol es más brillante durante el máximo de actividad en su ciclo y la sonda SOHO (1995) que lleva décadas reportando sobre el estado del Sol y sus tormentas. En 2001 la NASA envió la sonda Genesis, que tomó muestras de viento solar para traerlas de vuelta a la Tierra para ser estudiadas, y a pesar de una falla en sus paracaídas, reportó evidencia que la Tierra pudo ser formada con material distinto al que formó el Sol. Asimismo, el 2006 se enviaron dos sondas hermanas STEREO A y B, que orbitan al Sol en órbitas que las ponen por delante y por detrás de la Tierra, y entre sus logros cuentan con describir la estructura tridimensional de las eyecciones de masa en la corona o CME, y que en lo personal uso para buscar pequeños asteroides que puedan vivir entre la Tierra y el Sol y que pudieran revestir un peligro de colisión con la Tierra.

Ninguna de estas misiones ha tenido la capacidad de realizar lo que pretende esta misión, ya sea por su órbita o por los instrumentos disponibles. La sonda Parker está definida por la necesidad de estar en el lugar dónde se aceleran las partículas que escapan del Sol y que corresponde a uno de los últimos lugar que quedan por explorar en el Sistema Solar.

Las principales preguntas científicas que Parker ayudará a responder están asociadas al viento solar, en particular cómo fluye la energía que le calienta y le acelera. El viento solar es tan importante que define la zona que conocemos como Sistema Solar (al menos en una de sus definiciones). De hecho, la sonda Voyager 1 famosamente abandonó el Sistema Solar en agosto de 2012, cuando salió de la zona dominada por el plasma que eyecta el Sol o viento solar para adentrarse en el "medio interestelar". El viento solar lleva el campo magnético del Sol con él. Por ello, que cuando su flujo aumenta afecta la burbuja que genera el campo magnético propio de la Tierra.

Esta relación entre el viento solar la magnetósfera terrestre se manifiesta en un gran abanico de perturbaciones en la superficie terrestre cada vez que hay, por ejemplo, un CME o una erupción de plasma, y que ha llevado a definir lo que se conoce como "clima espacial". Esto incluye las auroras cerca de los polos y que son visibles a altas latitudes, pero que también pueden causar daños en objetos electrónicos que se encuentren en órbita y que puedan ser sometidos a un flujo importante de iones. El viento solar puede provocar interferencia en las comunicaciones, en los satélites de navegación e incluso en las líneas de alta tensión sobre la superficie terrestre, pero a diferencia de lo que se viraliza en redes sociales, fuera de los satélites geoestacionarios, que orbitan a gran altura, la zona eventualmente afectada se encuentra cerca de los polos Norte y Sur, y no los aparatos electrónicos a latitudes medias.

Debido a su posición de avanzada, Parker será capaz de medir parámetros físicos que permitan modelar de mejor manera los eventos en la superficie del Sol. Al mismo tiempo podrá ser el primer testigo de alguna anomalía que pueda afectar al planeta y de esa manera dar un aviso que permita tomar medidas que protejan los satélites de comunicaciones, por ejemplo. Este nuevo conocimiento permitirá entender y predecir de mejor manera la existencia de una tormenta solar y de sus posibles efectos en la Tierra.

Dada la importancia de la energía del Sol a la cuenta de energía de la Tierra es que esta misión es mirada de cerca por la comunidad que estudia el calentamiento global. El efecto de la actividad Solar en el clima en la Tierra tiene su mejor ejemplo en el período conocido como "mínimo de Maunder", durante el cual la bajísima actividad del Sol coincidió con una época de alrededor de 70 años (a partir de 1645) en que el clima frío fue prevalente en Europa. Sin embargo, la verdadera extensión de esta correlación, como el efecto en períodos posteriores de máximos y mínimos sigue siendo debatido.

Parker viaja a explorar dónde nunca hemos llegado. Todo para ayudarnos a responder preguntas que por experiencia abrirán muchas otras, más profundas y relevantes que las primeras.

César Fuentes es doctor en Astronomía de la Universidad de Harvard, académico del Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile e investigador del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA).