(Imagen superior tomada de una eyección de masa coronal en 2013 por la sonda STEREO – NASA )
La Tierra es constantemente bombardeada por vientos que vienen del centro de nuestro Sistema Solar, sin embargo, el problema que ha estado desconcertando a los científicos es por qué los vientos solares que llegan a nuestro planeta son más calientes de lo que deberían ser, desafiando las leyes de la física.
Las nuevas investigaciones parecen haber resuelto la cuestión de por qué las partículas que componen el plasma de la heliosfera del Sol – en otras palabras, los vientos solares – tardan tanto tiempo en enfriarse cuando llegan a nuestro planeta.
A medida que el Sol expulsa el plasma, las leyes de la física exigen que el viento se enfríe al expandirse por el espacio. Sin embargo, esto no sucede en el grado previsto.
Según un estudio revisado por expertos, «Temperatura de los electrones del viento solar», publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), los físicos de la Universidad de Wisconsin-Madison ofrecen una explicación para esta discrepancia en la temperatura del viento solar.
El físico Stas Boldyrev de la Universidad de Wisconsin-Madison y sus colegas, los profesores de física de la UW-Madison Cary Forest y Jan Egedal buscaron la respuesta en el campo relacionado de la física del plasma.
«La gente ha estado estudiando el viento solar desde su descubrimiento en 1959, pero hay muchas propiedades importantes de este plasma que aún no se comprenden bien», dice Stas Boldyrev.
El científico añade que mientras que originalmente los investigadores pensaban que el viento solar debería enfriarse rápidamente al expandirse lejos del Sol, las mediciones de los satélites demostraron lo contrario, ya que su temperatura era ocasionalmente «10 veces más grande de lo esperado».
En su investigación, el equipo usó equipos de laboratorio para estudiar el plasma en movimiento para llegar a la conclusión de que la solución se encuentra en los electrones que no pueden escapar de las garras del Sol.
El plasma solar
El plasma solar es una mezcla de electrones cargados negativamente y de iones cargados positivamente, y como tal está influenciado por los campos magnéticos que se extienden en el espacio
Escapando de la corona del Sol, el plasma caliente fluye a través del espacio como el viento solar.
Los electrones en el plasma son partículas mucho más ligeras que los iones, generando una velocidad unas 40 veces mayor.
A medida que los electrones más cargados negativamente escapan a su alcance, el Sol toma una carga positiva, haciendo a su vez más difícil que los electrones escapen de su atracción, a veces devolviéndolos a su vecindad.
«Tales electrones que regresan se reflejan de manera que se alejan del Sol, pero nuevamente no pueden escapar debido a la fuerza eléctrica atractiva del Sol… Así que su destino es rebotar de un lado a otro, creando una gran población de los llamados electrones atrapados», dice Boldyrev.
‘Máquinas de espejos’
Cuando el viento solar fue descubierto por primera vez, los científicos habían desconcertado sobre cómo confinar el plasma, desarrollando «máquinas de espejos».
Estas eran líneas de campo magnético llenas de plasma en forma de tubos, con las partículas cargadas en el plasma viajando a lo largo de las líneas para llegar al cuello de botella. Las líneas de campo magnético se pellizcan, con el pellizco actuando como un espejo y reflejando las partículas de vuelta a la máquina.
«Pero algunas partículas pueden escapar, y cuando lo hacen, fluyen a lo largo de las líneas de campo magnético en expansión fuera de la botella. Debido a que los físicos quieren mantener este plasma muy caliente, quieren averiguar cómo la temperatura de los electrones que escapan de la botella disminuye fuera de esta abertura. Es muy similar a lo que ocurre en el viento solar que se expande lejos del sol», dijo Boldyrev.
El equipo aplicó la misma teoría de las máquinas de espejos al viento solar, estudiando las diferencias entre las partículas atrapadas y las que escapan.
Las observaciones mostraron que los electrones muy calientes que escapaban de la botella distribuían su energía de calor lentamente a los electrones atrapados.
«En el viento solar, los electrones calientes fluyen desde el sol a distancias muy grandes, perdiendo su energía muy lentamente y distribuyéndola a la población atrapada. Resulta que nuestros resultados concuerdan muy bien con las mediciones del perfil de temperatura del viento solar y pueden explicar por qué la temperatura de los electrones disminuye con la distancia tan lentamente», dijo Boldyrev.
Los hallazgos del equipo sugieren formas de estudiar más a fondo los fenómenos del viento solar en los laboratorios de investigación y aprender más sobre las propiedades del viento solar en otros sistemas estelares