Grandes adelantos en la detección de las manchas solares

Grandes adelantos en la detección de las manchas solares

Agosto 25, 2011: Imagine pronosticar un huracán en Miami semanas antes de que la tormenta sea apenas un remolino de nubes en la costa de África, o predecir un tornado en Kansas a partir del aleteo de una mariposa¹ en Texas. Este es el tipo de pronóstico con el que los meteorólogos sólo pueden soñar.
¿El sueño se podría volver realidad? Un nuevo estudio llevado a cabo por los investigadores de la Universidad Stanford sugiere que dichos pronósticos podrían algún día ser posibles; no en la Tierra, pero sí en el Sol.
“Hemos aprendido a detectar manchas solares antes de que sean visibles al ojo humano”, dice Stathis Llonidis, un estudiante de doctorado de la Universidad Stanford. “Esto podría conducir a avances significativos en el pronóstico de las condiciones del tiempo en el espacio".
Las manchas solares son las “ alas de la mariposa” de las tormentas solares. Visibles al ojo humano como manchas oscuras en el disco del Sol, las manchas solares son los puntos iniciales de las llamaradas explosivas y de las eyecciones de masa coronal (Coronal Mass Ejections o CMEs, en idioma inglés) que en ciertas ocasiones llegan a nuestro planeta desde 149.669.000 km (93 millones de millas). Las consecuencias van desde la aparición de auroras boreales y los apagones de radio hasta los cortes de energía.

Tomando como base los datos proporcionados por el Observatorio de Dinámica Solar (SDO, por su sigla en idioma inglés), este video muestra una mancha solar emergiendo de lo profundo, en febrero de 2011. Créditos: Thomas Hartlep y Scott Winegarden, Universidad Stanford. [Video (en idioma inglés)] [Más información, (en idioma inglés)].

Los astrónomos han estado estudiando las manchas solares durante más de 400 años y han compilado sus características básicas: las manchas solares son islas de magnetismo que tienen el tamaño de planetas y que flotan en el plasma solar. A pesar de que los detalles aún están siendo objeto de debate, generalmente los investigadores concuerdan en que las manchas solares nacen en el interior del Sol por la acción de la dínamo magnética solar interna. Desde allí, suben a la superficie, llevadas hacia arriba por la flotabilidad magnética; una mancha solar que emerge de la superficie solar se parece a un submarino que emerge de lo profundo del océano.
En la edición del 19 de agosto de la revista Science, Llonidis y sus colaboradores, Junwei Zhao y Alexander Kosovichev, anunciaron que podían ver algunas manchas solares mientras éstas se encontraban todavía sumergidas.
Su técnica de análisis se denomina “heliosismología tiempo-distancia”² y es similar a una aproximación ampliamente usada en estudios de terremotos. Así como las ondas sísmicas que viajan a través del cuerpo de la Tierra revelan lo que hay en el interior del planeta, las ondas acústicas que se trasladan a través del cuerpo del Sol pueden indicar lo que hay en el interior de la estrella. Afortunadamente para los heliosismólogos, el Sol tiene ondas acústicas en abundancia. El cuerpo solar está literalmente rugiendo con movimientos turbulentos de ebullición. Esto sienta las bases para la temprana detección de manchas solares.
“No podemos realmente escuchar estos sonidos a través del abismo del espacio”, explica Llonidis, “pero podemos ver las vibraciones que hacen en la superficie solar”. Instrumentos ubicados a bordo de dos naves espaciales, la venerable SOHO (Solar and Heliospheric Observatory u Observatorio Solar y Heliosférico, en idioma español) y la más reciente SDO (Solar Dynamics Observatory u Observatorio de Dinámica Solar, en idioma español) constantemente monitorizan el Sol en busca de actividad acústica.

Los colores falsos que se aprecian en este video tomado por la nave espacial SOHO representan las diferencias en la acústica relacionadas con el tiempo de viaje, las cuales anuncian la aparición de una mancha solar mientras emerge a través de la superficie del Sol, en octubre de 2003. Créditos: Thomas Hartlep, Universidad Stanford. [Video (en idioma inglés)] [Más información, (en idioma inglés)] .

Las manchas solares sumergidas tienen efectos detectables en la acústica interior del Sol; a saber, las ondas de sonido viajan más rápido a través de una mancha solar que a través del plasma circundante. Una gran mancha solar puede saltar una onda acústica por 12 a 16 segundos. “Midiendo estas diferencias relacionadas con el tiempo podemos encontrar las manchas solares ocultas”.
Llonidis dice que la técnica parece ser más sensible a las manchas solares localizadas 60.000 km (37.282 millas) por debajo de la superficie del Sol. El equipo no está seguro de por qué ésta es “la distancia mágica”, pero es una buena distancia porque les otorga una advertencia de que una mancha está por alcanzar la superficie con al menos dos días de anticipación.

“Esta es la primera vez que alguien ha sido capaz de señalar un parche vacío del Sol y decir que está a punto de aparecer una mancha solar”, dice el profesor Phil Scherrer, quien es el director de tesis de Llonidis, en el Departamento de Física de Stanford. “Es un gran avance”. “
Hay límites en la técnica”, advierte Llonidis. “Podemos decir que una gran mancha solar está por aparecer, pero aún no podemos predecir si una mancha en particular producirá una llamarada dirigida hacia la Tierra”.
Hasta ahora, ellos han detectado cinco manchas emergentes: cuatro con la nave espacial SOHO y una con la nave SDO. De esas cinco, dos produjeron llamaradas de tipo X, que es el tipo de explosión solar más potente. Esto alienta al equipo a creer que su técnica puede hacer una contribución positiva en el pronóstico del tiempo en el espacio. Debido a que la heliosismología es computacionalmente intensiva, todavía no es posible llevar a cabo una monitorización regular de todo el Sol (“no tenemos suficientes ciclos de CPU”, dice Llonidis), pero él cree que es sólo cuestión de tiempo antes de que los refinamientos en su algoritmo permitan detecciones rutinarias de las manchas solares ocultas.
La investigación original a la cual se hace referencia en esta historia se puede hallar en la revista Science: "Detection of Emerging Sunspot Regions in the Solar Interior (Detección de Regiones de Manchas Solares Emergentes en el Interior del Sol)", por Llonidis, Zhao y Kosovichev, 333 (6045): 993-996.