Dutxes de sol. La "pluja" inesperada del Sol resol dos misteris solars.

La pregunta de per què la corona del Sol és més calenta que la seva superfície és la que ha confós els científics durant 7 dècades. Pot ser que això hagi respost ara pel sorprenent descobriment de la "pluja" al Sol.

L’article de Mason va analitzar tres observacions de Raining Null-Point Topologies o RNTPs, una estructura magnètica anteriorment ignorada mostrada aquí en dues longituds d’ona de llum ultraviolada extrema. La pluja coronal observada en aquests bucles magnètics relativament petits suggereix que la corona es pot escalfar en una regió molt més restringida del que s'esperava anteriorment (NASA)

Durant cinc mesos a mitjans del 2017, Emily Mason feia el mateix cada dia. Arribant a la seva oficina al Centre de vol espacial Goddard de la NASA a Greenbelt, Maryland, es va asseure al seu escriptori, va obrir el seu ordinador i va mirar imatges del Sol, tot el dia, tots els dies. "Probablement he vist dades de tres o cinc anys", va estimar Mason. Aleshores, a l’octubre de 2017, ella es va aturar. Es va adonar que havia estat mirant el malament sempre.

Mason, un estudiant graduat a la Universitat Catòlica d’Amèrica de Washington, DC, estava buscant la pluja coronal: globus gegants de plasma, o gas electrificat, que es desprenen de l’atmosfera exterior del Sol fins a la seva superfície.

Ella esperava trobar-lo en serpentines de casc, els bucles magnètics d'un milió de quilòmetres d'altura (anomenats per la seva semblança amb el casc punxós d'un cavaller) que es pot veure sobresortint del Sol durant un eclipsi solar. Les simulacions informàtiques predien la pluja coronal. Les observacions del vent solar, el gas que s’escapa del Sol i surten a l’espai, van donar a entendre que la pluja podria estar passant. I si només ho pogués trobar, la física subjacent de la pluja tindria implicacions importants per al misteri dels 70 anys de per què l’atmosfera exterior del Sol, coneguda com la corona, és molt més calenta que la seva superfície.

Però, després de gairebé mig any de recerca, Mason no el va trobar. Ella diu: "Es buscava buscar alguna cosa que finalment no passés".

Al capdavall, el problema no era el que buscava, sinó on. En un document publicat avui a l'Astrophysical Journal Letters, Mason i els seus coautors descriuen les primeres observacions sobre la pluja coronal en un tipus de llaç magnètic més petit que abans es passava per alt al Sol. Després d'una llarga i sinuosa cerca en la direcció equivocada, els descobriments van crear un nou enllaç entre la calefacció anòmala de la corona i la font del vent solar lent, dos dels majors misteris que enfronta avui la ciència solar.

Com plou al sol

Observat a través dels telescopis d’alta resolució muntats a la nau espacial SDO de la NASA, el Sol (una bola calenta de plasma, ple de línies de camp magnètic traçades per bucles gegants i ardents) sembla que té poques similituds físiques amb la Terra. Però el nostre planeta natal proporciona unes quantes guies útils per analitzar el caòtic tumult del Sol: entre elles, la pluja.

A la Terra, la pluja és només una part del cicle de l’aigua més gran, un interminable atac de guerra entre l’empenta de la calor i l’atracció de gravetat. Comença quan l’aigua líquida, agrupada a la superfície del planeta en oceans, llacs o corrents, és escalfada pel Sol. Una part s’evapora i s’eleva a l’atmosfera, on es refreda i es condensa a núvols. Amb el temps, aquests núvols es fan prou gruixuts perquè l'atracció de la gravetat es fa irresistible i l'aigua torna a caure a la Terra a mesura que la pluja abans de començar el procés.

Al sol, va dir Mason, la pluja coronal funciona de manera semblant, "però en lloc d'aigua de 60 graus es tracta d'un plasma d'un milió de graus". El plasma, un gas carregat elèctric, no s’agrupa com l’aigua, sinó que rastreja els bucles magnètics que surten de la superfície del Sol com una muntanya russa a les pistes. Als peus del bucle, on s’uneix a la superfície del Sol, el plasma es sobreescalfa des d’uns quants milers fins a més d’1,8 milions de graus Fahrenheit. A continuació, s'expandeix el bucle i es recull al seu punt àlgid, lluny de la font de calor. A mesura que el plasma es refreda, es condensa i la gravetat l'atén per les cames del llaç en forma de pluja coronal.

Mason va buscar la pluja coronal a les serpentines del casc com la que apareix a la part esquerra d'aquesta imatge, presa durant l'eclipsi de 1994 vista des de Sud-amèrica. Un pseudostreamer més petit apareix a l’extrem occidental (costat dret de la imatge). S’anomenen per la seva semblança amb el casc punxegut d’un cavaller, les estries de casc s’estenen molt a la corona tènue del sol i es veuen més fàcilment quan s’apareix la llum de la superfície brillant del sol. (© 1994 Úpice observatory i Vojtech Rušin, © 2007 Miloslav Druckmüller)

Mason buscava pluges coronals a les cascades del casc, però la seva motivació per buscar-hi tenia més a veure amb aquest cicle de calefacció i refrigeració subjacent que la pluja mateixa. Des de mitjan anys noranta, els científics han sabut que les estries de casc són una font del vent solar lent, un flux de gas relativament lent i dens que s’escapa del Sol per separat del seu contrapart ràpid. Però les mesures del gas lent del vent solar van revelar que abans s’havia escalfat fins a un extrem, abans de refredar-se i sortir del Sol. El procés cíclic d’escalfament i refrigeració darrere de la pluja coronal, si es passés a l’interior de les serpentines del casc, seria una peça del trencaclosques.

L’altra raó es relaciona amb el problema d’escalfament coronal: el misteri de com i per què l’atmosfera exterior del Sol és unes 300 vegades més calenta que la seva superfície. Sorprenentment, les simulacions han demostrat que la pluja coronal només es forma quan s’aplica calor a la part inferior del bucle. "Si un llaç té pluja coronal, això vol dir que el 10% inferior, o menys, és allà on està passant la calefacció coronal", va dir Mason. Els bucles plujants proporcionen una vareta de mesura, un punt de tall per determinar on s’escalfa la corona. Començar la cerca en els bucles més grans que es podien trobar (serpentines de casc gegant) semblava un objectiu modest i un que maximitzaria les seves possibilitats d’èxit.

Tenia les millors dades per a la feina: imatges realitzades per l’Observatori Solar Dynamics Observatory de la NASA, o SDO, una nau espacial que ha fotografiat el Sol cada dotze segons des del seu llançament el 2010. Però gairebé mig any a la recerca, Mason encara no ho havia fet. va observar una sola gota de pluja en un casc fluix. Havia notat, tanmateix, un munt d’estructures magnètiques minúscules, que no coneixia. Mason diu: "Eren molt brillants i em van seguir cridant l'ull.

"Quan finalment els vaig donar una ullada, segur que van tenir desenes d'hores de pluja alhora."

Al principi, Mason estava tan centrada en la seva cerca d'ús fluït del casc que no va fer res de les observacions. Nicholeen Viall, científica solar de Goddard i coautora de l'estudi, assenyala: "Va venir a una reunió de grup i em va dir: 'Mai la vaig trobar; ho veig tot el temps en aquestes altres estructures, però no ho són serpentines de casc. '

"I vaig dir: 'Espera ... aguanta't. On el veieu? No crec que ningú ho hagi vist mai abans ”."

Una barra de mesurament per escalfar

Aquestes estructures es diferencien dels canals de casc de diverses maneres. Però el més sorprenent d’ells era la mida.

La pluja coronal, com la que es mostra en aquesta pel·lícula del SDO de la NASA el 2012, a vegades s’observa després de les erupcions solars, quan l’intens escalfament associat a una bengala solar es talla bruscament després de l’erupció i el plasma restant es refreda i torna a la superfície solar. Mason buscava pluges coronals no associades a les erupcions, sinó provocades per un procés cíclic d’escalfament i refrigeració similar al cicle de l’aigua a la Terra. (Observatori de Dinàmica Solar / Estudi de visualització científica de la NASA / Tom Bridgman, Lead Animator)

Spiro Antiochos, que també és físic solar a Goddard i un altre coautor del treball, diu: “Aquests bucles eren molt més petits que el que estàvem buscant.

"Així que això et diu que la calefacció de la corona està molt més localitzada del que pensàvem".

Mason afegeix: "Si bé els descobriments no diuen exactament com s'escalfa la corona, sí que empenyen cap al terra on es podria produir escalfament coronal."

Havia trobat bucles de pluja que tenien uns 30.000 quilòmetres d'alçada, només un dos% de l'alçada d'alguns dels serpentins del casc que estava buscant originalment. I la pluja condensa la regió on es pot produir la calefacció de corona clau.

Mason continua: "Encara no sabem exactament què és escalfar la corona, però sabem que ha de passar en aquesta capa".

Una nova font per al vent lent

Però una part de les observacions no va continuar amb teories anteriors.

Segons la comprensió actual, la pluja coronal només es forma en bucles tancats, on el plasma es pot reunir i refredar sense cap mitjà d'escapament. No obstant això, a les dades que Mason va examinar, va trobar casos en què es formava pluja sobre línies de camp magnètic obert. Ancorat al Sol en un sol extrem, l’altre extrem d’aquestes línies de camp obert es nodreixen a l’espai i el plasma allà podria escapar-se al vent solar.

Per intentar explicar l’anomalia, Mason i l’equip van desenvolupar una explicació alternativa: una que va connectar la pluja sobre aquestes minúscules estructures magnètiques als orígens del lent vent solar.

En la nova explicació, el plasma que plou comença el seu viatge en un llaç tancat, però passa a través d'un procés conegut com a reconnexió magnètica a un de obert. El fenomen és el que ocorre freqüentment al Sol i s’associa habitualment a tempestes solars i taques solars.

Quan es produeix un bucle tancat en una línia de camp oberta i el sistema es redirigeix. Així, el plasma sobreescalfat del bucle tancat es troba en una línia de camp oberta, com un tren que ha commutat vies. Una part d’aquest plasma s’expandirà ràpidament, es refredarà i caurà de nou al Sol a causa de la pluja coronal. Sospiten, però, que altres parts d'ella es formaran, formant una part del vent solar lent.

Mason treballa actualment en una simulació informàtica de la nova explicació, però també espera que les proves d’observació properes puguin confirmar-la.

Ara que el Parker Solar Probe, llançat el 2018, viatja més a prop del Sol que qualsevol nau espacial abans, pot volar a través de ràfegues de vent solar lent que es poden remuntar fins al Sol, potencialment, a un dels esdeveniments de pluja coronel de Mason. Després d’observar la pluja coronal sobre una línia de camp oberta, el plasma sortint, escapant al vent solar, normalment es perdria per la posteritat. Però ja no. "Potencialment podem establir aquesta connexió amb Parker Solar Probe i dir, així va ser", va dir Viall.

El futur és brillant per a Mason i el seu equip

A mesura que la recerca continua ain coronal a les bandes de casc, les simulacions són molt clares: la pluja hauria d’estar-hi. Com Antiohos suggereix: “Potser és tan petit que no ho veieu? Realment no ho sabem. "

Però, una vegada més, si Mason hagués trobat el que estava buscant, potser no hauria fet el descobriment o hauria passat tot aquest temps aprenent els detalls de la informació solar.

"Sembla una consigna, però sincerament és la meva cosa favorita", va dir Mason. "Vull dir que per això hem construït una cosa que agafi moltes imatges del Sol. Així, podem mirar-les i esbrinar-les."