Investigadores desentrañan el misterio de las manchas solares perdidas
Marzo 2, 2011: En 2008-2009, las manchas solares prácticamente desaparecieron por completo durante dos años. La actividad solar se redujo a los valores más bajos de los últimos cien años; la alta atmósfera de la Tierra se enfrió y colapsó; el campo magnético del Sol se debilitó, permitiendo de este modo que los rayos cósmicos pudieran penetrar en cantidades récord al sistema solar. Fue un gran evento y los físicos solares se preguntaron abiertamente: ¿dónde se han ido todas las manchas solares?
Ahora ya lo saben. Se ha publicado una respuesta en la 3ra. edición de marzo de la revista Nature.
En esta vista segmentada del Sol, la Gran Banda Transportadora se muestra como un conjunto de rizos negros que conectan la superficie estelar con su interior. Crédito: Andrés Muñoz-Jaramillo, del CfA de la Universidad de Harvard.
"Las corrientes de plasma ubicadas en las profundidades del Sol han interferido en la formación de las manchas solares y han prolongado el mínimo solar", dice el autor principal Dibyendu Nandi, del Instituto Hindú de Educación Científica e Investigaciones, de Calcuta. "Nuestras conclusiones están basadas en un nuevo modelo númerico del interior del Sol".Durante varios años, los físicos solares reconocieron la importancia de la "Gran Banda Transportadora" del Sol. Un vasto sistema de corrientes de plasma, llamadas "flujos meridionales" (similares a las corrientes oceánicas en la Tierra), se desplaza a lo largo de la superficie del Sol, se sumerge cerca de los polos y vuelve a salir en las proximidades del ecuador. Estas corrientes en forma de bucles juegan un papel fundamental en el ciclo solar de 11 años. Cuando las manchas solares comienzan a debilitarse, las corrientes en la superficie arrastran los restos de sus campos magnéticos y los jalan hacia el interior de la estrella; 300.000 km por debajo de la superficie, la dínamo magnética del Sol amplifica los campos magnéticos debilitados. Las manchas solares resucitadas flotan y saltan a la superficie como si fueran un corcho en el agua —¡ahí está! Un nuevo ciclo solar ha comenzado.
Por primera vez, el equipo de Nandi piensa que ha desarrollado un modelo computacional que realiza los cálculos físicos en forma correcta para los tres aspectos de este proceso: la dínamo magnética, la banda transportadora y la evolución boyante de los campos magnéticos de las manchas solares.
"Según nuestro modelo, el problema con las manchas solares en verdad comenzó hace tiempo, a finales de la década de 1990, durante el ascenso del Ciclo Solar 23", afirma el coautor del modelo Andrés Muñoz-Jaramillo, del Centro de Astrofísica de la Universidad de Harvard y el Instituto Smithsoniano. "En aquel tiempo, la banda transportadora se aceleró".
La banda, que se desplazaba con gran velocidad, rápidamente arrastró los restos de las manchas solares hacia la dínamo interior del Sol para su amplificación. A primera vista, podría parecer que esto incrementa la producción de manchas, pero no. Cuando los residuos de las machas solares viejas llegaron a la dínamo, llevaron la banda a través de la zona de amplificación también, demasiado rápido como para su completa reanimación. La producción de manchas se detuvo.
Los ciclos de manchas solares durante el siglo pasado. La curva azul muestra la variación cíclica en la cantidad de manchas. Las barras rojas indican la cantidad acumulada de días sin manchas. El mínimo de manchas del ciclo 23 ha sido el más largo en la era espacial, con la mayor cantidad de días sin manchas solares. Crédito: Dibyendu Nandi y colaboradores
Después, durante los años posteriores a 2000, de acuerdo con el modelo, la Banda Transportadora disminuyó su velocidad nuevamente, permitiendo de este modo que los campos magnéticos de las manchas pasaran más tiempo en la zona de amplificación, pero el daño ya estaba hecho. La cantidad de manchas solares nuevas fue muy pequeña. Y por si fuera poco, la banda, que se movía lentamente, no hizo demasiado para ayudar a las manchas reanimadas en su viaje de regreso a la superficie, provocando así un retraso en el comienzo del Ciclo Solar 24.
"El escenario estaba preparado para el mínimo solar más profundo en todo un siglo", menciona el coautor Petrus Martens, del Departamento de Física de la Universidad del Estado de Montana.
Colegas y seguidores del equipo consideran que el nuevo modelo es un avance significativo.
"Entender y predecir el mínimo solar es algo que no habíamos podido hacer antes; y resulta que es algo muy importante", dice Lika Guhathakurta, de la División de Heliofísica de la NASA, en Washington, DC.
Hace tres años, el 2 de marzo de 2008, la cara del Sol no tenía rasgos, no había manchas solares. Crédito: SOHO/MDI
Mientras que el máximo solar es relativamente breve, dura un par de años y está marcado por episodios de violentas erupciones solares que duran algunos días, el mínimo solar puede prolongarse por varios años. El famoso Mínimo de Maunder del siglo XVII duró 70 años y coincidió con el episodio más profundo de la Pequeña Era de Hielo de Europa. Los científicos aún siguen intentando entender la conexión.
Una cosa es clara: Durante un mínimo prolongado, suceden cosas raras. En 2008-2009, el campo magnético global del Sol se debilitó y el viento solar decayó. Los rayos cósmicos, que normalmente son detenidos por el tempestuoso magnetismo solar, aparecieron dentro del sistema solar. Durante el más profundo mínimo solar en un siglo, irónicamente, el espacio se volvió un lugar más peligroso para viajar. Al mismo tiempo, la acción de calentamiento de los rayos ultravioleta, normalmente proporcionada por las manchas solares, estuvo ausente, por lo que la alta atmósfera de la Tierra comenzó a enfriarse y a colapsar. La basura espacial dejó de caer con la frecuencia en que lo hace de manera usual y comenzó a acumularse en órbita. Entre otras cosas.
Nandi hace notar que su nuevo programa computacional no solamente pudo explicar la ausencia de manchas solares, sino también el debilitamiento del campo magnético solar en los años 2008-2009. "Es la confirmación de que vamos por buen camino".
El siguiente paso: El Observatorio de Dinámica Solar (SDO, por su sigla en idioma inglés) puede medir los movimientos de la banda transportadora del Sol no sólo en la superficie, sino también en las profundidades. Esta técnica se denomina heliosismología y muestra el interior del Sol en la misma forma en que el ultrasonido funciona en una mujer embarazada. Al combinar los datos de alta calidad proporcionados por el SDO con el modelo computacional, los investigadores podrían predecir cómo se desarrollará un mínimo solar en el futuro. Sin embargo, el SDO apenas está comenzando, así que los pronósticos tendrán que esperar.
Ciertamente, hay mucho trabajo por hacer, pero Guhathakurta dice: "Finalmente, podríamos estar desentrañando el misterio del Sol sin manchas".
Créditos: Esta investigación ha sido financiada por el Programa Viviendo con una Estrella, de la NASA, y el Departamento de Ciencia y Tecnología del Gobierno de India.
El Sol sin manchas: éste es el año "más blanco" de la Era Espacial
El Sol sin manchas: éste es el año "más blanco" de la Era Espacial
Durante 2008, el Sol ha pasado más de 200 días sin presentar manchas, lo cual marca un récord desde el año 1954. Esta época de quietud en el Sol es de gran utilidad para realizar muchos estudios en el ámbito de la física solar.
Septiembre 30, 2008: Los astrónomos que cuentan las manchas solares han anunciado que 2008 se ha transformado en el "año más blanco" de la Era Espacial.
Hasta el 27 de septiembre de 2008, el Sol ha permanecido en blanco, es decir, no ha mostrado manchas solares en 200 días del año en curso. Para encontrar un año con más "soles en blanco", es necesario remontarse a 1954, tres años antes del lanzamiento del Sputnik, cuando el Sol permaneció "en blanco" durante 241 días.
"Los conteos de manchas solares han alcanzado su punto más bajo en 50 años", dice el físico solar David Hathaway, del Centro Marshall para Vuelos Espaciales, de la NASA. "Estamos experimentando un mínimo profundo del ciclo solar".
Un día sin manchas solares se ve así:
La imagen, tomada por el Observatorio Solar y Heliosférico (Solar and Heliospheric Observatory o SOHO, en idioma inglés), el 27 de septiembre de 2008, muestra un disco solar completamente limpio de manchas solares. A modo de comparación, una imagen tomada por el SOHO hace siete años, el 27 de septiembre de 2001, está salpicada de colosales manchas solares, todas ellas crepitando con llamaradas solares: imagen. La diferencia es la fase del ciclo solar de 11 años. En 2001 se registró el máximo solar, con cantidades de manchas y llamaradas solares, y tormentas geomagnéticas. El año 2008 está en el punto opuesto de dicho ciclo, el mínimo solar, una etapa de quietud del Sol.
Y ésta es realmente una época de mucha quietud. Si la actividad solar permanece tan baja como hasta ahora, el año 2008 podría acumular la asombrosa cantidad de 290 días impecables (sin manchas) para finales de diciembre, marcando de este modo un récord en términos de ausencia de manchas en este siglo.
Hathaway advierte que este evento puede sonar más emocionante de lo que realmente es: "Mientras que el mínimo solar de 2008 parece perfilarse como el más profundo de la Era Espacial, es aún irrelevante comparado con la duración y la profundidad del mínimo solar registrado a finales del siglo 19 y principios del 20". Los mínimos de aquella época llegaban a acumular, generalmente, entre 200 y 300 días sin manchas al año.
Arriba: Un histograma muestra los años "más blancos" de la segunda mitad del siglo pasado. El eje vertical es el conteo de días sin manchas de cada año. La barra que corresponde al año 2008, actualizada al día 27 de septiembre, está aún ascendiendo. [Imágenes ampliadas: 50 años, 100 años]
Algunos físicos solares piensan en este período de calma como algo muy positivo.
"Este mínimo nos da una oportunidad para estudiar el Sol sin las complicaciones de las manchas solares", dice Dean Pesnell, del Centro Goddard para Vuelos Espaciales. "Ahora mismo tenemos los mejores instrumentos de la historia observando el Sol. Hay una verdadera flota de vehículos espaciales dedicados a la física solar —SOHO, Hinode, ACE, STEREO y otros. Es nuestro deber aprender cosas nuevas durante este extenso mínimo solar".
Pesnell da un ejemplo, la heliosismología: "Monitoreando la superficie vibrante del Sol, los investigadores dedicados a esta disciplina pueden llevar a cabo estudios del interior de la estrella de manera muy similar a cuando los geólogos utilizan los terremotos para estudiar el interior de la Tierra. Al no estar las manchas solares de por medio, tenemos una mejor vista de los vientos en la sub-superficie del Sol y también de su dínamo interior".
"Además se debe tener en cuenta la irradiancia solar", añade Pesnell. "Los investigadores ahora están observando el más tenue de los soles que figuran en sus registros. El cambio es pequeño, apenas una fracción de un punto porcentual, pero es significativo. Mientras el Sol continúa tornándose más tenue, las preguntas sobre los efectos en el clima surgen de manera natural".
Pesnell es el científico a cargo del proyecto del Observatorio de Dinámica Solar (Solar Dynamics Observatory o SDO en idioma inglés), de la NASA. El SDO es una nueva sonda espacial equipada para estudiar tanto la irradiancia solar como las ondas heliosísmicas. La construcción del SDO terminó, dice, y la sonda ya pasó las pruebas térmicas y de vibración previas al lanzamiento. "¡Estamos listos para despegar! El mínimo solar es una época magnífica para hacer el viaje".
El récord de 50 años registrado en la presión del viento solar, un descubrimiento reciente hecho por la sonda espacial Ulysses, coincide con una serie de soles "en blanco". (Vea el artículo de Ciencia@NASA El viento solar pierde potencia, alcanza su mínimo en 50 años.) La baja de presión comenzó años antes del mínimo actual, de modo que no queda claro cómo están conectados los dos fenómenos, si es que lo están. Este es otro misterio para el SDO y para los otros instrumentos.
