Nuestra estrella, el Sol, es una fuente inagotable de energía y vida, pero al mismo tiempo el acelerador de partículas más potente de nuestro sistema. En los complejos procesos que tienen lugar en las profundidades de su atmósfera, el Sol expulsa constantemente enormes cantidades de partículas energéticas al espacio. Entre ellas destacan especialmente los llamados electrones energéticos solares (SEE), partículas subatómicas aceleradas a velocidades cercanas a la de la luz. Durante mucho tiempo se pensó que estos electrones eran un fenómeno único, pero los revolucionarios descubrimientos de la misión Solar Orbiter, liderada por la Agencia Espacial Europea (ESA) en colaboración con la NASA, han revelado que la verdad es mucho más compleja. Los científicos han logrado separar este flujo de partículas en dos grupos fundamentalmente diferentes, rastreando con éxito cada uno hasta su fuente específica en el Sol.

Este descubrimiento no solo profundiza nuestra comprensión de la física fundamental del Sol, sino que también tiene implicaciones directas y cruciales para la predicción del tiempo espacial, un fenómeno que puede tener consecuencias devastadoras para nuestra civilización tecnológica, desde los satélites en órbita hasta las redes eléctricas en la Tierra. Al mapear con precisión el origen de estos electrones superrápidos, estamos abriendo un nuevo capítulo en la protección de nuestra infraestructura y futuras misiones espaciales.

Desvelando los secretos del Sol de cerca

La clave de este descubrimiento trascendental reside en las capacidades únicas de la nave espacial Solar Orbiter. A diferencia de misiones anteriores que observaban el Sol desde una mayor distancia, la órbita elíptica de Solar Orbiter la acerca increíblemente a nuestra estrella, a veces dentro de la órbita de Mercurio. Es precisamente esta proximidad la que permite a los científicos analizar las partículas en su estado "prístino", antes de que sus trayectorias y energía se vean significativamente alteradas por el largo viaje a través del espacio interplanetario. La observación de los eventos desde una distancia tan cercana permitió al equipo determinar con una precisión extraordinaria la hora y la ubicación exactas de su origen en el Sol.

Alexander Warmuth, del Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (AIP), autor principal del estudio, destaca la importancia de este enfoque: "Pudimos identificar y comprender estos dos grupos observando cientos de eventos a diferentes distancias del Sol con múltiples instrumentos, algo que solo Solar Orbiter puede hacer. La proximidad al Sol nos permitió medir las partículas en su estado temprano y original y, por lo tanto, localizar con precisión su fuente".

Dos tipos de tormentas de electrones solares

Al analizar los datos recopilados de más de 300 eventos individuales entre noviembre de 2020 y diciembre de 2022, los científicos observaron una clara división. Por un lado están los eventos "impulsivos" y, por otro, los "graduales".

Los eventos impulsivos están asociados con las erupciones solares. Las erupciones solares son explosiones repentinas e intensas en la superficie del Sol, que liberan una enorme cantidad de energía en forma de radiación. Los electrones que se originan en estos eventos son expulsados del Sol en ráfagas rápidas y de corta duración. Podemos imaginarlos como disparos agudos y concentrados de partículas energéticas.

Por el contrario, los eventos graduales están vinculados a fenómenos mucho más grandes y duraderos conocidos como eyecciones de masa coronal (CME). Las CME son nubes gigantes de plasma y campo magnético que se desprenden de la atmósfera del Sol, la corona, y viajan por el espacio. Los electrones asociados con las CME se liberan durante un período de tiempo más largo, creando una onda más amplia y prolongada de partículas que baña el Sistema Solar. Aunque los científicos ya eran conscientes de la existencia de estos dos tipos de eventos, Solar Orbiter ha proporcionado por primera vez pruebas irrefutables que los vinculan directamente con sus diferentes fuentes en el Sol.

Sinergia de instrumentos: La clave del éxito

Esta investigación representa el estudio más completo de los electrones energéticos solares hasta la fecha, y su éxito radica en el uso coordinado de hasta ocho de los diez instrumentos científicos de Solar Orbiter. La misión está diseñada para realizar dos tipos de mediciones simultáneamente: teledetección y mediciones in situ.

Los instrumentos de teledetección, como el EUI (Extreme Ultraviolet Imager) y el STIX (Spectrometer/Telescope for Imaging X-rays), monitorizan constantemente la superficie y la atmósfera del Sol, capturando detalles de las erupciones solares en el espectro ultravioleta extremo y de rayos X. Al mismo tiempo, el coronógrafo Metis bloquea la luz cegadora del disco solar para obtener imágenes de la corona exterior, más tenue, lo que permite la observación directa de las magníficas eyecciones de masa coronal.

Mientras estos instrumentos "miran" al Sol, el Detector de Partículas Energéticas (EPD) realiza mediciones in situ, lo que significa que la nave espacial atraviesa literalmente las nubes de electrones que está observando. El EPD analiza su composición, energía y dirección de desplazamiento. Frederic Schuller, coautor del estudio del AIP, enfatiza: "Por primera vez, hemos visto claramente este vínculo entre los electrones energéticos en el espacio y los eventos en el Sol que son su fuente. Medimos las partículas in situ mientras que otros instrumentos observaban simultáneamente lo que sucedía en el Sol, recopilando también datos sobre el entorno espacial entre el Sol y la nave espacial".

Resolviendo el enigma del retardo temporal

Uno de los misterios de larga data en la física solar era el aparente retardo entre el momento en que los astrónomos observan una erupción solar o una CME y el momento en que los electrones energéticos llegan a un detector en el espacio. En algunos casos extremos, parecía que las partículas tardaban horas en "escapar" del Sol. La pregunta era: ¿por qué?

Los datos de Solar Orbiter ahora ofrecen una respuesta. Laura Rodríguez-García, investigadora de la ESA, explica: "Resulta que este retardo está, al menos en parte, relacionado con la forma en que los electrones viajan por el espacio. Puede haber un retardo en la propia liberación, pero también un retardo en la detección". El espacio entre el Sol y los planetas no está vacío. Está lleno del viento solar, una corriente continua de partículas cargadas que fluye desde el Sol, transportando consigo el campo magnético del Sol. En su camino, los electrones encuentran turbulencias dentro del viento solar, se dispersan en diferentes direcciones y no viajan en línea recta. Su trayectoria es caótica y considerablemente más larga que una línea directa. Cuanto más lejos está el observador del Sol, estos efectos se acumulan y el retardo en la detección se hace mayor.

Importancia para el pronóstico del tiempo espacial y la seguridad en la Tierra

Este descubrimiento científico fundamental tiene una inmensa importancia práctica. Comprender y predecir el tiempo espacial es crucial para la seguridad de nuestra tecnología. Distinguir entre los dos tipos de eventos SEE es fundamental para un pronóstico preciso. Los eventos asociados con las eyecciones de masa coronal (CME) representan una amenaza mucho mayor. Transportan un mayor número de partículas de alta energía y pueden causar graves daños a los satélites, poner en peligro la salud de los astronautas al exponerlos a niveles peligrosos de radiación y, en la Tierra, provocar tormentas geomagnéticas que pueden colapsar las redes eléctricas y los sistemas de comunicación.

Daniel Müller, científico del proyecto de la ESA para Solar Orbiter, señala: "Conocimientos como este de Solar Orbiter ayudarán a proteger otras naves espaciales en el futuro, permitiéndonos comprender mejor las partículas energéticas del Sol que amenazan a nuestros astronautas y satélites". La capacidad de determinar rápidamente, basándose en las primeras partículas detectadas, si provienen de una erupción relativamente inofensiva o de una CME potencialmente catastrófica, podría proporcionar un tiempo valioso para tomar medidas de protección.

El futuro de la observación solar: Las misiones Vigil y Smile

Los conocimientos de Solar Orbiter son solo el comienzo de una nueva era en la comprensión del Sol. La ESA ya está planeando futuras misiones que se basarán en estos descubrimientos. La misión Vigil, cuyo lanzamiento está previsto para 2031, aplicará un enfoque revolucionario. Se ubicará en un lugar desde el que, por primera vez en la historia, podrá observar operativamente el "lado" del Sol. Esto le permitirá detectar eventos solares potencialmente peligrosos, como regiones activas propensas a las CME, días antes de que giren hacia la Tierra por la rotación del Sol, dándonos una inestimable alerta temprana.

Nuestra comprensión de la respuesta de la Tierra a las tormentas solares se explorará más a fondo con el lanzamiento de la misión Smile de la ESA, prevista para 2026. Smile estudiará cómo la Tierra soporta el viento solar constante y los impactos ocasionales de partículas potentes, investigando la interacción de estas partículas con nuestro campo magnético protector. Juntas, estas misiones crearán un sistema integral de vigilancia y protección contra los caprichos de nuestra estrella.