Un equipo de científicos dirigido por Laura Hayes
-física solar que divide su tiempo entre el Goddard Space Flight Center de la
NASA y el Trinity College en Dublín, Irlanda- investigó una conexión entre las
erupciones solares y la atmósfera de la Tierra. Descubrieron pulsos en la
capa electrificada de la atmósfera llamada ionosfera y oscilaciones de rayos X durante una llamarada ocurrida
el 24 de julio de 2016.
Cuando
nuestro Sol entra en erupción con explosiones gigantescas, como ráfagas de
radiación llamadas erupciones solares, sabemos que pueden afectar el espacio en
todo el Sistema Solar y cerca de la Tierra. Pero monitorear sus efectos
requiere tener observatorios en muchos lugares con muchas perspectivas, al
igual que los sensores meteorológicos en toda la Tierra pueden ayudarnos a
controlar lo que está sucediendo con una tormenta terrestre.
Mediante
el uso de múltiples observatorios, dos estudios recientes muestran cómo las
erupciones solares muestran pulsos u oscilaciones en la cantidad de energía que
es enviada. Dicha investigación proporciona nuevos conocimientos sobre los
orígenes de estas llamaradas solares masivas, así como el clima espacial que
producen, lo cual es información clave ya que los seres humanos y las misiones
robóticas se aventuran cada vez más lejos en el Sistema Solar.
El
primer estudio detectó oscilaciones durante una erupción, inesperada, mediante
mediciones de la producción total de energía ultravioleta extrema del Sol, un
tipo de luz invisible para los ojos humanos.
El
15 de febrero de 2011, el Sol emitió un destello solar de clase X, el tipo más
poderoso de estas intensas ráfagas de radiación.
Debido
a que los científicos tenían múltiples instrumentos observando el evento,
fueron capaces de rastrear las oscilaciones en la radiación de la llamarada,
sucediendo simultáneamente en varios conjuntos diferentes de observaciones.
"Cualquier tipo de oscilación en
el Sol puede decirnos mucho sobre el entorno en el que se producen las oscilaciones,
o sobre el mecanismo físico responsable de generar cambios en las
emisiones", dijo Ryan Milligan, autor principal de este primer
estudio y físico solar en El Goddard Space Flight Center de la NASA en
Greenbelt, Maryland, y la Universidad de Glasgow en Escocia. En este caso, los
pulsos regulares de luz ultravioleta extrema indicaron que las perturbaciones,
similares a los terremotos, se agitaban a través de la cromosfera, la base de
la atmósfera exterior del Sol, durante la llamarada.
Lo
que sorprendió a Milligan con respecto a las oscilaciones, fue el hecho de que
se observaron por primera vez en datos en el rango del ultravioleta
extremos del GOES de la
NOAA, abreviatura de Operación Geoestacionaria del Satélite
Ambiental, que reside en el espacio cercano a la Tierra.
La
misión estudia el Sol desde la perspectiva de la Tierra, recopilando datos de
rayos X e irradiación ultravioleta extrema: la cantidad total de energía del
Sol que alcanza la atmósfera de la Tierra a lo largo del tiempo.
Este
no era un conjunto de datos típico para Milligan. Mientras que GOES ayuda
a monitorear los efectos de las erupciones solares en el entorno espacial de la
Tierra, conocido colectivamente como clima espacial, el satélite no fue diseñado
inicialmente para detectar detalles finos como estas oscilaciones.
Al
estudiar las erupciones solares, Milligan más comúnmente utiliza datos de alta
resolución en una región activa específica en la atmósfera del Sol para
estudiar los procesos físicos subyacentes a las erupciones. Esto a menudo
es necesario para acercarse a los eventos en un área particular; de lo
contrario, pueden perderse fácilmente en el contexto de la radiación constante
e intensa del Sol.
"Las bengalas mismas están muy
localizadas, por lo que para que las oscilaciones se detecten por encima del
ruido de fondo de las emisiones regulares del Sol y se muestren en la
irradiancia, los datos fueron muy llamativos", dijo Milligan.
Ha
habido informes previos de oscilaciones en los datos de rayos X del GOES
provenientes de la atmósfera superior del Sol, llamada la corona, durante las
erupciones solares. Lo que es único en este caso es que los pulsos se
observaron en emisión ultravioleta extrema a frecuencias que muestran que se
originaron más abajo, en la cromosfera, proporcionando más información sobre
cómo la energía de una bengala viaja a través de la atmósfera del Sol.
Para
asegurarse de que las oscilaciones eran reales, Milligan y sus colegas
verificaron datos correspondientes de otros instrumentos de observación del Sol
a bordo del Observatorio
de Dinámica Solar de la NASA o SDO, para abreviar: uno que
también recoge datos de radiación ultravioleta extrema y otro que imágenes de
la corona en diferentes longitudes de onda de luz.Encontraron exactamente los
mismos pulsos en esos conjuntos de datos, confirmando que eran un fenómeno con
su origen en el Sol. Sus hallazgos se resumen en un documento publicado
en The
Astrophysical Journal Letters el 9 de octubre de 2017.
Estas
oscilaciones interesan a los científicos porque pueden ser el resultado de un
mecanismo por el cual las bengalas emiten energía al espacio, un proceso que
todavía no comprendemos por completo. Además, el hecho de que las
oscilaciones aparecieran en los conjuntos de datos que generalmente se usan
para monitorear patrones de espacio más grandes sugiere que podrían desempeñar
un papel en el manejo de los efectos del clima espacial.
En
el segundo estudio, los científicos investigaron una conexión entre las
erupciones solares y la actividad en la atmósfera de la Tierra. El equipo
descubrió que los pulsos en la capa electrificada de la atmósfera,
llamada ionosfera ,
reflejaban oscilaciones de rayos X durante un destello clase C del 24 de julio
de 2016. Las erupciones de clase C son de intensidad media a baja y
aproximadamente 100 veces más débiles que las llamaradas X.
Un equipo de científicos investigó una
conexión entre las erupciones solares y la atmósfera de la
Tierra. Descubrieron pulsos en la capa electrificada de la atmósfera,
llamada ionosfera, oscilaciones de rayos X durante una llamarada del 24 de julio
de 2016. Enlace vídeo
Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA /
Genna Duberstein
Extendiéndose
desde aproximadamente 48,3 Km (30 millas) a 966 Km (600 millas) por encima de
la superficie de la Tierra, la ionosfera es una región de la atmósfera en
constante cambio que reacciona a los cambios de la Tierra por debajo y por
encima del espacio. Se hincha en respuesta a la radiación solar entrante,
que ioniza los gases atmosféricos, y se relaja por la noche a medida que las
partículas cargadas se recombinan gradualmente.
En
particular, el equipo de científicos, dirigido por Laura Hayes, una física
solar que divide su tiempo entre la NASA Goddard y el Trinity College en
Dublín, Irlanda, y su asesor de tesis Peter Gallagher, observaron cómo la capa
más baja de la ionosfera, llamada D-región, respondió a las pulsaciones en una
erupción solar.
"Esta es la región de la ionosfera
que afecta las comunicaciones de alta frecuencia y las señales de
navegación", dijo Hayes. "Las señales viajan a través de la región D, y los cambios en la
densidad de electrones afectan si la señal es absorbida o degradada".
Los
científicos utilizaron datos de muy baja frecuencia, o VLF, señales de radio
para investigar los efectos de la bengala en la región D. Estas fueron
señales de comunicación estándar transmitida desde Maine y recibida en
Irlanda. Cuanto más densa es la ionosfera, más probable es que estas
señales se topen con partículas cargadas a lo largo de su camino desde un
transmisor de señal a su receptor. Al monitorear cómo las señales de VLF
se propagan de un extremo a otro, los científicos pueden trazar un mapa de los
cambios en la densidad de electrones.
Combinando
los datos de VLF y los rayos X y las observaciones ultravioletas extremas de
GOES y SDO, el equipo descubrió que la densidad de electrones de la región D
latía junto con los pulsos de rayos X del sol. Publicaron sus resultados
en el Journal of
Geophysical Research el 17 de octubre de 2017.
"Los rayos X inciden en la
ionosfera y como la cantidad de radiación de rayos X que entra está cambiando,
la cantidad de ionización en la ionosfera también cambia", dijo Jack Ireland,
coautor de ambos estudios y físico solar de Goddard. "Hemos visto oscilaciones de rayos X antes, pero la respuesta de
la ionosfera oscilante no se ha detectado en el pasado".
Hayes
y sus colegas usaron un modelo para determinar cuánto cambió la densidad de
electrones durante la bengala. En respuesta a la radiación entrante,
descubrieron que la densidad aumentaba hasta 100 veces en solo 20 minutos
durante los pulsos, una observación emocionante para los científicos que no
esperaban que las señales oscilantes en una bengala tuvieran un efecto tan
notable en la ionosfera. Con más estudios, el equipo espera comprender
cómo responde la ionosfera a las oscilaciones de rayos X a diferentes escalas
de tiempo, y si otras erupciones solares inducen esta respuesta.
"Este es un resultado emocionante,
que muestra que la atmósfera de la Tierra está más relacionada con la
variabilidad de los rayos X solares de lo que se pensaba", dijo Hayes. "Ahora planeamos explorar más a fondo
esta relación dinámica entre el Sol y la atmósfera de la Tierra".
Ambos
estudios aprovecharon el hecho de que somos cada vez más capaces de rastrear la
actividad solar y el clima espacial desde una gran cantidad de puntos
estratégicos. Comprender el clima espacial que nos afecta en la Tierra
requiere comprender un sistema dinámico que se extiende desde el Sol hasta
nuestra atmósfera superior, un sistema que solo puede entenderse aprovechando
una amplia gama de misiones dispersas por el espacio.
Fuente:
NASA – 16.nov.2017 Space Weather
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