Por primera vez, los científicos han tomado mediciones casi diarias del campo magnético coronal global del Sol, una región del Sol que sólo se ha observado esporádicamente en el pasado. Las observaciones resultantes proporcionan información valiosa sobre los procesos que provocan intensas tormentas solares que afectan tecnologías fundamentales y, por tanto, la vida y los medios de subsistencia aquí en la Tierra.
Hoy se publicó un análisis de los datos recopilados durante ocho meses por un instrumento llamado Polarímetro Coronal Multicanal Actualizado (UCoMP). ciencia
El campo magnético solar es el principal impulsor de las tormentas solares, que pueden representar amenazas para las redes eléctricas, los sistemas de comunicaciones y las tecnologías espaciales como el GPS. Sin embargo, la capacidad de comprender cómo se acumula y explota el campo magnético se ha visto limitada por el desafío de observarlo en la corona solar, la atmósfera superior del Sol.
Medir el magnetismo de la región mediante métodos polarimétricos estándar normalmente requiere equipos grandes y costosos que hasta la fecha sólo han podido estudiar pequeñas partes de la corona. Sin embargo, el uso combinado de sismología coronal y observaciones UCoMP hace posible que los investigadores creen una visión consistente y completa del campo magnético coronal global: una vista de todo el Sol durante un eclipse solar.
“El mapeo global del campo magnético coronal ha sido una gran pieza faltante en el estudio del Sol”, dijo Zhihao Yang, autor principal que realizó el estudio como doctorado en la Universidad de Pekín en China y ahora es becario postdoctoral. Centro Nacional de Investigación Atmosférica de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF NCAR). “Esta investigación está ayudando a llenar un vacío importante en nuestra comprensión del campo magnético coronal, que es la fuente de energía de las tormentas que pueden impactar la Tierra”.
El equipo internacional estuvo formado por investigadores de la Universidad de Northumbria, Reino Unido; NSF NCAR; Universidad de Pekín, China; y la Universidad de Michigan. La investigación fue financiada por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Programa Nacional Clave de I+D de China, y apoyada por una beca para estudiantes de posgrado de Newkirk otorgada a Yang por NSF NCAR. El instrumento UCoMP fue desarrollado con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y es operado por NSF NCAR en el Observatorio Solar Mauna Loa.
Dispositivo actualizado
Aunque los científicos han podido medir de forma rutinaria el campo magnético en la superficie del Sol, conocido como fotosfera, durante mucho tiempo ha sido difícil medir el campo magnético coronal, mucho más débil. Esto ha limitado una comprensión más profunda de la estructura tridimensional y la evolución del campo magnético coronal, donde se forman las tormentas solares.
Para medir campos magnéticos coronales tridimensionales en profundidad, Daniel K. Se necesita un gran telescopio como el Telescopio Solar Inouye (DKIST) Con una apertura de 4 metros de diámetro, DKIST es el telescopio solar más grande del mundo y recientemente demostró su innovadora capacidad para observar en detalle el campo magnético coronal. Sin embargo, DKIST no puede mapear el Sol de inmediato. En realidad, el instrumento UCoMP más pequeño es más adecuado para brindar a los científicos imágenes globales del campo magnético coronal, aunque con una resolución más baja y en proyecciones bidimensionales. Por tanto, las observaciones de ambas fuentes son altamente complementarias para tener una visión general del campo magnético coronal.
UCoMP es principalmente un coronógrafo, un instrumento que utiliza un disco para bloquear la luz del Sol, similar a un eclipse, lo que facilita la observación de la corona. También incorpora un polarímetro Stokes, que traza otra información espectral como la intensidad de la línea coronal y la velocidad Doppler. Aunque el UCoMP tiene una apertura mucho menor (20 cm), es capaz de tomar un amplio campo de visión que permite estudiar todo el Sol la mayoría de los días.
Los investigadores aplicaron un método llamado sismología coronal para rastrear ondas transversales magnetohidrodinámicas (MHD) en los datos de la UCoMP. Las ondas MHD les proporcionaron información que les permitió crear un mapa bidimensional de la fuerza y dirección del campo magnético coronal.
En 2020, un estudio anterior produjo el primer mapa del campo magnético coronal global utilizando el método predecesor y de sismología coronal de UCoMP. Este fue un paso importante hacia las mediciones rutinarias del campo magnético coronal. Las capacidades de UCoMP se han ampliado para hacer posibles mediciones rutinarias más detalladas. Durante el estudio de la UCoMP, el equipo de investigación produjo 114 mapas de campos magnéticos entre febrero y octubre de 2022, o aproximadamente uno por día.
“Estamos entrando en una nueva era de la investigación de la física solar en la que podemos medir de forma rutinaria el campo magnético coronal”, afirmó Yang.
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Las observaciones también produjeron las primeras mediciones del campo magnético coronal en las regiones polares. Los polos del Sol nunca han sido observados directamente porque la curvatura del Sol cerca de los polos lo hace fuera de nuestra vista desde la Tierra. Aunque los investigadores no vieron los polos directamente, por primera vez pudieron medir el magnetismo emitido por ellos. Esto se debe a la mejora de la calidad de los datos proporcionados por UCoMP y a que el Sol está más cerca del máximo solar. La emisión normalmente débil de la región polar se ha vuelto mucho más fuerte, lo que facilita la obtención de resultados del campo magnético coronal en la región polar.
Como becario postdoctoral en NSF NCAR, Young continuará investigando el campo magnético del Sol; Espera mejorar los modelos coronales existentes basándose en mediciones de la fotosfera. Debido a que el método actual utilizado con UCoMP está limitado a dos dimensiones, todavía no captura el campo magnético tridimensional completo. Yang y sus colegas esperan combinar su investigación con otras técnicas para obtener una comprensión más profunda del vector completo del campo magnético de la corona.
La tercera dimensión del campo magnético, orientada a lo largo de la línea de visión del observador, es particularmente importante para comprender cómo se energiza la corona antes de una erupción solar. En última instancia, medir todos los giros y enredos tridimensionales detrás de eventos como las erupciones solares requiere una combinación de un gran telescopio y una perspectiva global; Ésta es la motivación detrás del estudio de diseño final del propuesto Observatorio de Magnetismo Solar Coronal (COSMO), un telescopio refractor solar de 1,5 metros de diámetro.
“Debido a que el magnetismo coronal es la fuerza que envía masa desde el Sol a través del Sistema Solar, necesitamos observarlo en 3D, y en todas partes simultáneamente, globalmente a través de la corona”, dijo Sarah Gibson, líder de desarrollo de COSMO y científica adjunta de NSF NCAR. -autor del artículo. “El trabajo de Yang representa un gran paso adelante en nuestra capacidad para comprender cómo el campo magnético coronal global del Sol cambia día a día. Es fundamental para nuestra capacidad de predecir y prepararnos mejor para las tormentas solares, que son una amenaza cada vez mayor para nosotros. Aquí en la Tierra Viva una vida más dependiente de la tecnología.”