El flujo de plasma cerca de la superficie del sol explica las manchas solares y otros fenómenos solares

Se pueden ver manchas solares en esta imagen de radiación solar. Cada mancha solar generalmente dura de unos pocos días a unos pocos meses, y el número total alcanza su punto máximo cada 11 años. Los puntos más oscuros acompañan a manchas blancas brillantes, llamadas fáculas, que aumentan la radiación solar general. NASA/Goddard/SORCE.

Durante 400 años, la gente ha seguido las manchas solares, las manchas oscuras que aparecen durante semanas en la superficie del sol. Han observado, pero no han podido explicar por qué el número de puntos alcanza su punto máximo cada 11 años. 

Un estudio de la Universidad de Washington publicado este mes en la revista Physics of Plasmas propone un modelo de movimiento de plasma que explicaría el ciclo de manchas solares de 11 años y varias otras propiedades misteriosas del sol. 

"Nuestro modelo es completamente diferente de una imagen normal del sol", dijo el primer autor Thomas Jarboe, profesor de aeronáutica y astronáutica de la UW. "Realmente creo que somos las primeras personas que le cuentan la naturaleza y la fuente de los fenómenos magnéticos solares: cómo funciona el sol". 

Los autores crearon un modelo basado en su trabajo previo con la investigación de energía de fusión. El modelo muestra que una capa delgada debajo de la superficie del sol es clave para muchas de las características que vemos desde la Tierra, como las manchas solares, las inversiones magnéticas y el flujo solar, y está respaldada por comparaciones con observaciones del sol. 

"Los datos de observación son clave para confirmar nuestra imagen de cómo funciona el sol", dijo Jarboe. 

En el nuevo modelo, una delgada capa de flujo magnético y plasma, o electrones flotantes, se mueve a diferentes velocidades en diferentes partes del sol. La diferencia de velocidad entre los flujos crea giros de magnetismo, conocidos como helicidad magnética, que son similares a lo que sucede en algunos conceptos de reactores de fusión. 

"Cada 11 años, el sol crece esta capa hasta que es demasiado grande para ser estable, y luego se desprende", dijo Jarboe. Su partida expone la capa inferior de plasma que se mueve en la dirección opuesta con un campo magnético invertido. 

El llamado "diagrama de mariposa" muestra que la actividad de las manchas solares comienza más lejos del ecuador solar y se mueve gradualmente hacia el centro. El ciclo se repite cada 11 años. Hathaway 2019/solarcyclescience.com

Cuando los circuitos en ambos hemisferios se mueven a la misma velocidad, aparecen más manchas solares. Cuando los circuitos tienen velocidades diferentes, hay menos actividad de manchas solares. Ese desajuste, dice Jarboe, puede haber ocurrido durante décadas de poca actividad de manchas solares conocida como el "Mínimo de Maunder". 

"Si los dos hemisferios giran a diferentes velocidades, entonces las manchas solares cerca del ecuador no coincidirán y todo morirá", dijo Jarboe. 

"Los científicos habían pensado que se generaba una mancha solar en el 30 por ciento de la profundidad del sol, y luego surgió en una cuerda retorcida de plasma que sobresale", dijo Jarboe. En cambio, su modelo muestra que las manchas solares están en los "supergránulos" que se forman dentro de la delgada capa de plasma debajo de la superficie que el estudio calcula que tiene un grosor de aproximadamente 100 a 300 millas (150 a 450 kilómetros), o una fracción de las 430.000 millas (692.000 Kilometros) de radio del Sol. 

En el modelo presentado en el nuevo documento, la línea roja muestra el flujo de electrones o plasma, y la línea amarilla muestra la superficie del sol. La X encerrada por un círculo muestra un campo magnético, con el campo electromagnético más alto cerca del ecuador solar. Con el tiempo, el campo electromagnético se desgasta en la superficie y la capa externa de mucosas rojas desaparece en el espacio exterior, exponiendo la capa interna que fluye en la dirección opuesta. Jarboe et al. / Physics of Plasmas.

"La mancha solar es algo increíble. No hay nada allí, y de repente, lo ves en un instante", dijo Jarboe. 

La investigación previa del grupo se ha centrado en los reactores de potencia de fusión, que utilizan temperaturas muy altas similares a las del interior del sol para separar los núcleos de hidrógeno de sus electrones. Tanto en el sol como en los reactores de fusión, los núcleos de dos átomos de hidrógeno se fusionan, liberando enormes cantidades de energía. 

El tipo de reactor en el que se ha centrado Jarboe, un spheromak, contiene el plasma de electrones dentro de una esfera que hace que se auto organice en ciertos patrones. Cuando Jarboe comenzó a considerar el sol, vio similitudes y creó un modelo para lo que podría estar sucediendo en el cuerpo celeste. 

"Durante 100 años la gente ha estado investigando esto", dijo Jarboe. "Muchas de las características que estamos viendo están por debajo de la resolución de los modelos, por lo que solo podemos encontrarlas en los cálculos". 

Dijo que otras propiedades explicadas por la teoría incluyen el flujo dentro del sol, la acción de torsión que conduce a las manchas solares y la estructura magnética total del sol. Es probable que el periódico provoque una discusión intensa, dijo Jarboe. 

"Espero que los científicos analicen sus datos desde una nueva perspectiva, y los investigadores que trabajaron toda su vida para recopilar esos datos tendrán una nueva herramienta para comprender lo que significa", dijo. 

Fuente. Universidad de Washington,