Viviendo con una estrella

La NASA avanza en el desarrollo de cinco misiones cuyo objetivo principal es el estudio del sistema Sol-Tierra.

¿Qué sucedería si una mañana se despertara y descubriera que su planeta ha sido engullido por la atmósfera de una estrella?

Salga de la cama y mire a través de la ventana. Las auroras danzan en el horizonte. Oscuras manchas solares crepitan en las alturas —cada pequeño estallido es más poderoso que una bomba nuclear. En la televisión, el encargado de los pronósticos del tiempo advierte a los astronautas que "con seguridad, una llamarada solar entrará en erupción", aunque no sabe exactamente cuándo. Momentos más tarde, la señal de satélite comienza a titilar.

¿Dónde está ese lugar?

Bienvenido al planeta Tierra.

"Es cierto. Vivimos dentro de la atmósfera del Sol", dice Lika Guhathakurta, quien dirige el programa Viviendo con una Estrella (Living with a Star o LWS, en idioma inglés), de la NASA.

Derecha: La Tierra, fotografiada por los astronautas de la misión Apolo 17. [Más información]

A primera vista, el Sol parece ser autónomo, como si fuese una esfera perfectamente delineada en el cielo del mediodía. Pero el perfil que vemos es solamente el comienzo. El Sol tiene una atmósfera, caliente y ruidosa, llamada "corona", que se inicia en la superficie del Sol, pasa por la Tierra y se extiende más allá de Plutón. Casi nunca se ve la corona solar, excepto durante un eclipse total, pero esta allí.

Como cualquier buena atmósfera, la corona tiene estados del tiempo, y muchos. Hay eyecciones de miles de millones de toneladas de masa coronal; tormentas de radiación de alta energía y un viento solar que sopla implacablemente en ráfagas que alcanzan velocidades de millones de kilómetros por hora. Cada cometa, asteroide y planeta del sistema solar está expuesto a estos elementos.

Abajo: Una eyección de masa coronal (coronal mass ejection o CME, en idioma inglés) grabada por el Observatorio Solar y Heliosférico (Solar and Heliospheric Observatory o SOHO, en idioma inglés), de ESA/NASA. [Más información]

Nuestro planeta está mejor protegido que la mayoría del resto de los planetas. Tenemos una gruesa atmósfera y un campo magnético global para mantener "a raya" al clima espacial. De hecho, si nos quedamos en la Tierra, los sistemas climáticos del Sol apenas nos afectan; no provocan más que ocasionales cortes de luz o interrupciones en las emisiones de radio.

Pero ese es precisamente el problema:

"No nos vamos a quedar en la Tierra para siempre", dice Guhathakurta. "La civilización se está extendiendo hacia el espacio".

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Más de 500 satélites activos se mueven alrededor de la Tierra. Dependemos de ellos para poder utilizar la televisión, el teléfono, internet, la navegación por medio del Sistema de Posicionamiento Global (GPS, en idioma inglés) y también para pronosticar el estado del tiempo; todos son vulnerables al clima espacial. Asimismo, hay seres humanos en órbita alrededor de la Tierra; se encuentran a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI). La EEI está ubicada dentro del campo magnético terrestre, de modo que goza de cierto grado de protección, pero los futuros astronautas que viajen a la Luna y a Marte estarán fuera de dicha burbuja magnética. Sus vehículos espaciales estarán en contacto directo con la atmósfera del Sol.

El programa Viviendo con una Estrella, de la NASA, se inició en 2001 con el propósito de abordar esta situación. "Si vamos a vivir dentro de la atmósfera solar, necesitamos aprender más sobre ella —especialmente, necesitamos saber cómo predecir las tormentas", dice Guhathakurta.

La estrategia básica es la misma que se utiliza para estudiar el clima de la Tierra: "Lanzaremos al espacio una flota de 'estaciones climatológicas' —vehículos espaciales que observarán diferentes aspectos de la atmósfera solar". El programa LWS tiene cinco misiones¹ en diferentes etapas de desarrollo. En conjunto, rodearán y explorarán el Sol como nunca se ha hecho antes.

#1: Observatorio de Dinámica Solar (Solar Dynamics Observatory o SDO, en idioma inglés) "Prepárese para ver fotos realmente sorprendentes", dice Guhathakurta. Una cámara de televisión de alta resolución (HDTV o High Definition Television, en idioma inglés), ubicada a bordo de este observatorio, tomará imágenes de gran calidad de las manchas y de las llamaradas solares, revelando de este modo el comienzo de las tormentas con un nivel de detalle sin precedentes.

Derecha: Prueba del SDO en el Simulador de Ambiente Espacial de la NASA. [Imagen ampliada]

Las imágenes por sí mismas, sin embargo, no cuentan toda la historia. El físico solar Alex Pevtsov explica: "La actividad solar es, en cierto modo, como un espectáculo de marionetas. Si usted desea entender el movimiento de las marionetas, necesita ver los hilos; en el Sol, los "hilos invisibles" son los campos magnéticos, los cuales penetran la atmósfera del Sol guiando el flujo de calor y orquestando poderosas explosiones. El SDO podrá producir mapas detallados del magnetismo del Sol, dejando al descubierto los hilos para que todos los podamos ver".

Pero, ¿quién (o qué) está tirando los hilos? "Sería la dínamo magnética del Sol", dice Pevtsov. "Yace escondida debajo de la superficie del Sol". Afortunadamente, el SDO puede mirar allí abajo también. La técnica se llama imagen heliosísmica. Mediante el monitoreo de la superficie vibrante del Sol, el SDO puede investigar el interior de la estrella de la misma manera en que los geólogos utilizan las ondas sísmicas de los terremotos para explorar el interior de la Tierra. De esta modo, los científicos de la misión esperan crear un mapa del flujo y reflujo de la dínamo magnética interna del Sol, que es la raíz de toda la actividad solar.

Situación: El SDO ya ha sido construido y está casi listo para ser lanzado. "En este momento, el SDO se encuentra en una cámara térmica de vacío, donde se lo somete a pruebas para saber si es capaz de afrontar el duro viaje hacia el espacio".

#2: Sonda Solar Plus (Solar Probe Plus) "Esta podría ser la más emocionante de todas las misiones". Es una nave espacial resistente al calor, que está diseñada para adentrarse profundamente en la atmósfera del Sol; allí podrá tomar muestras del viento solar y de los campos magnéticos in situ. "Ninguna nave ha estado tan cerca del Sol como la Sonda Solar Plus lo estará, llegará a menos de 7 millones de kilómetros de la superficie solar. Ese es un territorio inexplorado y esperamos aprender mucho sobre la atmósfera del Sol con este viaje".

Arriba: Imagen simulada del Sol, la cual ilustra la trayectoria de la Sonda Solar Plus durante uno de sus múltiples sobrevuelos cercanos al Sol. [Historia completa] [Imagen ampliada]

Situación: La Sonda Solar Plus se encuentra aún en la etapa de diseño preliminar, denominada también "pre-fase A", en las oficinas centrales de la NASA. Se espera que sea lanzada al espacio hacia el año 2015.

#3 Centinelas solares "Vamos a rodear al Sol", dice Guhathakurta. Tres sondas bien equipadas de la NASA y una cuarta (el Orbitador Solar), de la Agencia Espacial Europea, se estacionarán alrededor del ecuador solar, proporcionando de este modo la primera vista verdaderamente global de la actividad solar. "Imagine que trata de descrifrar el clima de la Tierra observando un solo lado del planeta. ¡Imposible! Sin embargo, eso es lo que hemos estado haciendo con el Sol". La vista de un solo lado desde la Tierra limita los estudios del clima solar —un problema que los centinelas solares solucionarán.

Situación: "Acabamos de finalizar el informe del Equipo de Definición de Ciencia y Tecnología (Science and Technology Definition Team, en idioma inglés), el cual elabora toda la estrategia para los centinelas solares". Se espera que sean lanzados hacia el año 2015.

Abajo: Concepto artístico de las Sondas para Tormentas del Cinturón de Radiación (Radiation Belt Storm Probes, en idioma inglés).

#4 Sondas para Tormentas del Cinturón de Radiación (Radiation Belt Storm Probes) "No tiene sentido estudiar el Sol si no entendemos qué le hace a la Tierra", declara Guhathakurta. Esta misión realiza la conexión crucial entre la Tierra y el Sol. Algunas volutas de la atmósfera solar pueden ser atrapadas por el campo magnético de la Tierra, dentro de los cinturones de radiación, donde las partículas energéticas yacen a la espera de astronautas y satélites que tratan de abandonar o simplemente de orbitar el planeta. Las Sondas para Tormentas del Cinturón de Radiación (dos de ellas) explorarán estas regiones y descubrirán de qué manera son pobladas y energizadas por el clima espacial.

Situación: Las dos sondas se encuentran en construcción en el Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins y su lanzamiento está programado hacia el año 2011.

#5 Sondas para Tormentas de la Ionosfera-Termosfera ( The Ionosphere-Thermosphere Storm Probes) Dos sondas más orbitarán la Tierra y estudiarán las capas superiores de la atmósfera terrestre, donde el aire hace su "primer contacto" con la radiación ultravioleta del Sol. Allí reinan las partículas cargadas eléctricamente, las cuales afectan fuertemente la propagación de las ondas de radio, influyendo sobre casi todas las formas de telecomunicación y navegación mediante GPS. Es también un lugar por donde la atmósfera aspira y exhala en respuesta a los cambios en el calentamiento solar ultravioleta. Una exhalación puede envolver y arrastrar hacia abajo a los satélites, mientras que una aspiración disminuye el arrastre. Las Sondas para Tormentas de la Ionosfera-Termosfera monitorearán la respuesta de esa capa a todos los tipos de tormentas solares.

Situación: "Esta es una misión importante, pero aún no se han conseguido los fondos para poder llevarla a cabo", dice Guhathakurta. "En este momento, estamos trabajando de lleno en los otros proyectos".

Efectivamente, hay mucho para hacer cuando se está Viviendo con una Estrella.

Vía: Ciencia@NASA