La sonda espacial que se sumergirá en la ardiente corona del sol

La superficie del sol, o fotosfera, es de aproximadamente 10,000 grados Fahrenheit, pero la región a través de la cual vuela la sonda solar, la corona, es de 2 millones de grados. Los científicos quieren saber por qué. (Imagen de la NASA)

El 11 de agosto, la NASA planea lanzar la primera nave espacial terráquea que se adentrará en las órbitas de Venus y Mercurio para acariciar el borde de la ardiente corona del sol. 

Equipado con instrumentos diseñados y construidos en la Universidad de California, Berkeley, Parker Solar Probe logrará un objetivo que los científicos espaciales han soñado durante décadas: acercarse lo suficiente al sol para aprender cómo la superficie turbulenta que vemos desde la Tierra vacía su energía en la corona y la calienta a casi 2 millones de grados Fahrenheit, generando el viento solar que continuamente bombardea nuestro planeta.

El físico de UC Berkeley Stuart Bale habla sobre los instrumentos FIELDS a bordo del Parker Solar Probe. Diseñados y construidos en el Laboratorio de Ciencias Espaciales, los instrumentos medirán los campos eléctricos y magnéticos en la atmósfera exterior del sol para comprender la corona y el viento solar. (Video del Laboratorio de Física Aplicada, Universidad Johns Hopkins)

"Esta es una ciencia de heliofísica que todos queríamos desde hace mucho tiempo, desde la década de 1950", dijo Stuart Bale , profesor de física de UC Berkeley, ex director del Laboratorio de Ciencias Espaciales del campus y uno de los cuatro investigadores principales de los instrumentos a bordo de la misión. "Personalmente, he estado trabajando en la investigación desde que se aprobó en 2010, pero realmente pasé una gran parte de mi carrera preparándome para ello". 

La sonda solar viajará más rápido que cualquier nave espacial en la historia, en su apogeo alcanzando 700.000 kilómetros por hora, y estará a tan solo a cuatro diámetros y medio solares, o 6 millones de kilómetros, sobre la superficie del sol en su acercamiento más cercano a este, alrededor de 2024. La sonda está equipada con un escudo térmico para proteger sus sensores del sol, que podría alcanzar los 2.500 grados Fahrenheit, casi lo suficientemente caliente como para derretir el acero. 

Descubriendo la misterios caliente atmosfera del Sol. NASA Goddard

A esta distancia, la sonda solar estará dentro de una región donde los electrones y los átomos ionizados – en su mayoría iones de hidrógeno o protones e iones de helio, llamados partículas alfa – se aceleran y se disparan hacia los planetas a gran velocidad. 

Cuando estos iones, llamados viento solar, golpean a la Tierra, interactúan con los campos magnéticos de esta y generan las auroras del norte y del sur, así como las tormentas en la atmósfera más externa que interfieren con las comunicaciones de radio y las operaciones de los satélites. Aceleradas a velocidades más altas, las llamadas partículas "energéticamente solares" pueden representar un peligro para los astronautas. 

Los científicos todavía no saben cómo se aceleran los iones del viento solar, o por qué los iones y los electrones en la corona son mucho más calientes, alrededor de 1,7 millones de grados Fahrenheit, que la superficie del sol, que está relativamente más fresca, a 10.000 grados Fahrenheit. Parker Solar Probe podría responder esas preguntas y ayudar a los científicos en la Tierra a pronosticar las grandes erupciones del sol que representan el mayor peligro para nuestras naves espaciales y los sistemas de comunicaciones. 

Siga los campos magnéticos 

FIELDS, un conjunto de instrumentos construidos en el Laboratorio de Ciencias Espaciales de UC Berkeley, es uno de los cuatro paquetes de instrumentos a bordo de la sonda. Con la ayuda de un botalón de dos metros que se proyecta en la dirección en que se mueve la nave espacial, y que medirá los campos eléctricos y magnéticos de la corona, lo cual les dirá a los científicos la energía total que fluye hacia afuera del sol. 

Estas mediciones probarán una teoría de cómo el sol calienta la corona: moviendo las líneas del campo magnético. El fuerte campo magnético del sol se extiende hacia el espacio, pero las líneas del campo magnético están ancladas en regiones superficiales que se mueven constantemente debido a la convección de abajo, como el agua hirviendo. El movimiento constante de la base de las líneas del campo magnético crea ondas que se desplazan hacia afuera a lo largo de las líneas, del mismo modo que al sacudir el extremo de una cuerda larga, que envía ondas al otro extremo. De alguna manera, estas ondas llamadas Alfvén aceleran las partículas a altas velocidades y las arrojan al espacio. 

"Si el modelo impulsado por olas es correcto, entonces creo que nuestras mediciones serán las medidas fundamentales en la misión", dijo Bale. 

La otra teoría popular es que pequeñas erupciones llamadas nanoflares en toda la superficie del sol producen campos magnéticos que se cruzan, se reconectan y arrojan bucles desconectados del campo magnético al espacio, acelerando los iones junto con él. Esto fue propuesto por primera vez en 1987 por Eugene Parker, de quien se llama la sonda solar. Ahora, con 91 años, Parker fue con predijo la existencia y el nombre del viento solar en la década de 1950. 

Las antenas de radio en el paquete FIELDS buscarán ondas de radio creadas por nanoflares, y que aún no han sido detectadas, mientras que otro paquete de instrumentos, SWEAP (electrones de viento solar Alphas y protones), registrarán la velocidad de electrones de viento solar, protones y partículas alfa mientras zumban por la sonda. Correlacionar la actividad nanoflare o microflare con el flujo de partículas que fluyen del sol podría confirmar la teoría de la reconexión magnética. SWEAP está dirigido por la Universidad de Michigan y el Observatorio Astrofísico Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, aunque gran parte del instrumento fue diseñado y construido en el Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de Berkeley. 

Otros dos paquetes de instrumentos estarán a bordo de la sonda. WISPR, Wide-Field Imager para Parker Solar Probe, fue construido en el Naval Research Laboratory y capturará imágenes de luz visible de la corona del sol directamente en frente de la sonda en órbita. ISʘIS (pronunciado E-sis) - abreviatura de Integrated Science Investigation of the Sun, e incluye ʘ, el símbolo del Sol, en sus siglas - está dirigido por la Universidad de Princeton y medirá la energía y la identidad de los electrones e iones energizados, incluyendo iones más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, para descubrir cómo a veces se aceleran a una velocidad casi liviana cerca del sol. 

La sonda solar Parker de la NASA se muestra acoplada a su motor de cohete de tercera etapa en julio. El cohete de la tercera etapa permite que la nave espacial gane la velocidad necesaria para alcanzar el sol, lo que requiere 55 veces más energía que llegar a Marte. (Foto por NASA / Johns Hopkins APL / Ed Whitman)

Juntos, estos instrumentos deberían poder registrar la aceleración del viento solar de subsónico al supersónico y el nacimiento de las partículas solares de mayor energía. 

"La física del plasma es realmente difícil de estudiar en el laboratorio", dijo Bale, quien se centra en el papel de los campos magnéticos y el plasma ionizado en el espacio, en particular alrededor de estrellas como el sol. "Pegar una nave espacial directamente en el plasma caliente es un laboratorio ideal". 

Bucle alrededor de Venus 

Esta sonda es la oportunidad de su vida para Bale. Aunque su equipo desplegará los brazos y probará las funciones del instrumento un día después del lanzamiento, la mayoría de los instrumentos se apagarán y no comenzarán a tomar medidas reales de la corona hasta que la sonda alcance su primer acercamiento al sol en noviembre. 

Después de un ciclo alrededor de Venus para disminuir la velocidad, la sonda estará lo más cerca que cualquier nave ha estado del sol, una distancia desde el centro del sol igual a 36 veces el radio del sol (36 radios solares). Venus órbita a 155 radios solares y Mercurio a 83 radios solares. 

Animación de la trayectoria de la sonda Parker Solar desde agosto de 2018 a agosto del 2025. HORIZONS System, JPL, NASA

Durante los próximos seis años, la sonda girará alrededor de Venus seis veces más, y gradualmente aproximarse hasta aproximadamente 9,8 radios solares desde el centro del sol. Allí, estará dentro de la corona, en el borde exterior de la cual las partículas exceden la velocidad del sonido (la velocidad de Alfvén, que es aproximadamente 320 kilómetros por segundo) para dejar de llamar al sol, “casa”. 

"El objetivo de la misión es penetrar a esa región de transición, de modo que nos adentramos en la corona real donde el flujo es subalférico", dijo Bale. "Creemos que el límite está en alrededor de 15 radios solares, por lo que probablemente no empecemos a golpearlo hasta 2021". 

Una vez dentro de la corona, la sonda puede ver las oscilantes líneas de campo magnético, u ondas de Alfvén, rebotando entre la superficie del sol y el borde de la corona, una cascada turbulenta que puede ser el circuito de retroalimentación que acelera las partículas a altas velocidades visto en el viento solar. 

"A principios de diciembre, cuento con tener ese primer pase de datos en 35 radios solares, y estoy seguro de que será revolucionario. Habrá nuevas cosas estupendas allí, por lo que sabemos sobre misiones anteriores ", dijo Bale. 

Durante la vida útil de su misión de siete años, la sonda se sumergirá en la atmósfera interna del sol 24 veces. Como parte de los esfuerzos de divulgación de la NASA, más de 1,1 millones de personas enviaron sus nombres para que se graben en una tarjeta de memoria que acompañará a la nave espacial alrededor del sol. 

La sonda está programada para su lanzamiento en la madrugada del lunes 11 de agosto desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida, a bordo de un cohete Delta IV de la Alianza United Launch Alliance con una etapa superior para impulsarla hacia la órbita terrestre hacia Venus. 

Desde que se aprobó la misión en 2010, unas 40 a 50 personas en el Laboratorio de Ciencias Espaciales de Berkeley han trabajado en la sonda solar. A través del final formal de la misión en 2026, e incluyendo el posterior análisis de datos, UC Berkeley habrá recibido alrededor de 100 millones de dólares de unos 1,5 mil millones gastados en el total de la misión. 

Fuentes: UC Berkeley, wikipedia, NASA Goddard,