Así llueve en el Sol

Emily Manson (@mansonem) persigue lluvias los días de sol. Como una cazadora de tormentas, durante cinco meses, hizo lo mismo todos los días. Era 2017, y al llegar a su oficina en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA (Maryland, Estados Unidos) se sentaba en su escritorio. Abría su ordenador en lugar de la ventana y miraba atentamente a imágenes del Sol en la pantalla. "Probablemente revisé datos solares de tres o cinco años", asegura esta astrónoma. En octubre de 2017 se detuvo. Había estado mirando algo equivocado todo el tiempo.

La astrónoma Emily Manson E.M.

Mason, estudiante entonces de la Universidad Católica de América estaba buscando lluvia coronal: globos gigantes de plasma o gas electrificado, que gotean desde la atmósfera exterior del Sol hasta su superficie. Un fenómeno muy bien retratado desde 2012. Pero esperaba encontrarlo fijándose en un sitio concreto: unas serpentinas o plumas que aparecen a nuestros ojos en los eclipses solares. Simulaciones por ordenador predijeron que la lluvia coronal podría verse allí. ¿Por qué tanto interés en esa zona? El descubrimiento hubiera resuleto un misterio que lleva 70 años rompiendo la cabeza a quienes se dedican a la astronomía. Pero Emily no tuvo suerte: ni gota de lluvia.

Esta semana, la astrónoma está de enhorabuena. La sequía solar ha acabado. Según ha publicado en Astrophysical Journal Letters, Mason y sus coautores describen las primeras observaciones de la lluvia coronal en una especie de bucle magnético más pequeño. Resulta que había estado realizando una larga y sinuosa búsqueda en la dirección equivocada; los hallazgos forjan un nuevo vínculo entre el calentamiento anómalo de la corona (esto no se sabe por qué ocurre) y la fuente del viento solar lento (tampoco se sabe bien). Estos son dos de los mayores misterios a los que se enfrenta la ciencia solar actual.

Una lluvia de 1 millón de grados

La dinámica solar es compleja. Para entenderlo mejor, pensemos en lo que ocurre aquí. En la Tierra, la lluvia es sólo una parte del ciclo del agua, una lucha sin fin entre el empuje del calor y la fuerza de la gravedad. Comienza cuando el agua calienta, acumulada en la superficie del planeta en océanos, lagos o ríos, es calentada por el sol. Una parte se evapora y se eleva a la atmósfera, donde se enfría y se condensa en nubes. Finalmente, esas nubes se vuelven lo suficientemente pesadas como para que la fuerza de la gravedad se vuelva irresistible y el agua caiga a la Tierra como lluvia o nieve, antes de que el proceso comience de nuevo.

En el Sol, explica Mason, la lluvia coronal funciona de manera similar, "pero en lugar de agua de a 60 a 100 grados, se trata de un plasma de un millón de grados". El plasma, un gas cargado eléctricamente, no se acumula como el agua, sino que serpentea por bucles magnéticos que emergen de la superficie del Sol, como una montaña rusa en las pistas. En los puntos bajos de la montaña rusa, donde se adhiere a la superficie del Sol, el plasma se sobrecalienta desde los 2.000 o 3.000ºC a más de un millón de grados. Luego sube y se acumula en su punto máximo, lejos de la fuente de calor. A medida que el plasma se enfría, se condensa y la gravedad lo atrae como lluvia coronal.

Eclipse solar de 1994. Las líneas blancas son las serpentinas. A la derecha, una en forma de casco donde esperaban encontrar lluvia.

Mason estaba buscando lluvia coronal en un tipo de formación llamada serpentina o plumero de casco, pero su motivación para mirar allí tenía más que ver con este ciclo subyacente de calentamiento y refrigeración que la lluvia misma. Aquí es donde las cosas no cuadran. Desde al menos a mediados de la década de 1990, los científicos han sabido que las serpentinas de los cascos son una fuente del viento solar lento. Este es el segundo de los misterios: el viento solar lento es un flujo de gas denso y relativamente lento que se escapa del Sol. Pero las mediciones revelaron que el gas termina escapándose, sin haber oportunidad de que caiga de nuevo sobre el Sol. No hay montaña rusa que valga. Es como si el vagón saliese disparado.

Nadie sabe por qué la atmósfera solar es tan caliente

La atmósfera exterior del Sol es unas 300 veces más caliente que su superficie. Sorprendentemente, las simulaciones han demostrado que la lluvia coronal sólo se forma cuando el calor se aplica a la parte inferior del bucle. El valle de la montaña rusa.

Mason observó una serie de diminutas estructuras magnéticas con las que no estaba familiarizada. "Eran realmente brillantes y siguieron llamando mi atención", dijo Mason. "Cuando finalmente les eché un vistazo, eran decenas de horas de lluvia a la vez". Estos bucles "eran mucho más pequeños de lo que estábamos buscando", corrobora Spiro Antiochos, quien también es físico solar en Goddard y coautor del artículo. "Así que eso te dice que el calentamiento de la corona está mucho más localizado de lo que pensábamos".

Si bien los hallazgos no dicen exactamente cómo se calienta la corona, "sí dan pistas sobre dónde podría ocurrir el calentamiento coronal", señala Mason. Y la lluvia condensa la región donde puede estar ocurriendo el calentamiento coronal clave. "Todavía no sabemos exactamente qué está calentando la corona, pero sabemos que tiene que suceder en esta capa", dijo Mason.

En la nueva explicación, el plasma de lluvia comienza su viaje en un circuito cerrado, pero pasa, a través de un proceso conocido como reconexión magnética, a uno abierto. El fenómeno ocurre con frecuencia en el Sol, cuando un circuito cerrado se topa con una línea de campo abierto y el sistema se vuelve a cablear. De repente, el plasma sobrecalentado en el circuito cerrado se encuentra en una línea de campo abierto, como un tren que ha cambiado de vía. Parte de ese plasma se expandirá rápidamente, se enfriará y volverá al Sol como lluvia coronal. Pero otras partes del mismo escaparán, formando, sospechan, una parte del viento solar lento.

Mason está trabajando actualmente en una simulación por ordenador de la nueva explicación, pero también espera que la observación que se avecina pronto pueda confirmarlo. Ahora que la sonda Parker (NASA), lanzada en 2018, está viajando más cerca del Sol que cualquier otra nave espacial anterior, espera que pueda rastrearuno de los eventos de lluvia coronal. A ella se suma la europea SOLAR ORBITER (ESA). Sus trabajos nos permitirán conocer más de cerca a nuestra estrella, de la que depende la vida en la Tierra, pero a la que amenaza con su comportamiento magnético desde el inicio de los tiempos.