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Un colombiano lidera equipo que busca revelar secretos del plasma
Líneas magnéticas

Líneas magnéticas de fuerza que rodean la Tierra conocidas como magnetosfera contra el viento solar del Sol.

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NASA

Un colombiano lidera equipo que busca revelar secretos del plasma

Jefferson Agudelo, del University College London, hizo simulaciones para entender el clima espacial.

Aunque suene extraño, el universo está inundado de un material prácticamente inexistente en nuestro planeta: el plasma. En realidad, se trata de un estado de la materia, el más común en todo el cosmos. El 99 por ciento de toda la materia ordinaria existente (el término materia ordinaria sirve para diferenciarla de la materia oscura y la energía oscura, dos conceptos que los científicos aún no comprenden muy bien) se encuentra en estado plasmático, incluidas las estrellas y la materia interestelar. Su cantidad sobrepasa considerablemente a los estados sólido, líquido y gaseoso, más comunes en planetas, lunas, asteroides y cometas.

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Jefferson Agudelo

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Particular

La mayor fuente de plasma cercana a la Tierra está en el Sol. Ahí, esta sustancia se comporta como en el resto de estrellas, en donde la temperatura es muy elevada. Pero el plasma no está solo en el ‘cuerpo’ de las estrellas, también se encuentra en el material que estas expulsan constantemente al espacio, en el denominado viento estelar (viento solar, en el caso de el Sol).

Cada segundo, el Sol expulsa unos 800 kilogramos de materia al espacio interestelar en forma de viento solar, el cual arropa a todos los planetas del Sistema Solar, incluyendo los cuerpos más alejados, los denominados transneptunianos, en donde se destaca Plutón.

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Este viento juega un rol fundamental en el denominado clima espacial, las condiciones del medio interplanetario influenciadas por la actividad del Sol. Al interactuar con los planetas, el viento solar es el responsable de fenómenos que los científicos, que podrían considerarse una suerte meteorólogos espaciales, se dedican a estudiar.

En nuestro planeta, el viento solar es el causante de las auroras, y es objeto de interés debido a las consecuencias que puede tener sobre el funcionamiento de equipos electrónicos, especialmente de aquellos que se encuentran en órbita, como los satélites, cohetes y hasta la Estación Espacial Internacional.

Sin embargo, pese al creciente interés en el viento solar, y el plasma que lo compone, este sigue representando un misterio para los científicos. Por esta razón un equipo internacional de investigadores, liderado por el colombiano Jeffersson Andrés Agudelo, estudiante de doctorado en el University College London en el Reino Unido, se dio a la tarea de descifrar uno de estos secretos del plasma: por qué se enfría mucho más despacio de lo que se esperaría a medida que viaja por el espacio.

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“El viento solar es un plasma que se forma en la corona solar, la capa más externa y con mayor temperatura de la atmósfera de nuestra estrella. A medida que el viento solar se aleja del Sol, mientas se expande través del espacio entre los planetas, su temperatura se reduce considerablemente. Sin embargo, esta temperatura decrece mucho más lento de lo que se esperaría. Esto sugiere que el viento solar se calienta mientras se expande. Este es un acertijo que se debe resolver para entender el ambiente espacial alrededor de la Tierra”, explica Agudelo.

Los científicos creen que este comportamiento puede deberse a un fenómeno conocido como reconexión magnética, en el que se dan intercambios de energía entre el campo magnético y las partículas que componen el plasma.

Debido a que el viento solar está lleno de variaciones en los campos electromagnéticos, la energía se va transfiriendo de forma similar a como sucede con los fenómenos de turbulencia en la Tierra

“Debido a que el viento solar está lleno de variaciones en los campos electromagnéticos, la energía se va transfiriendo de forma similar a como sucede con los fenómenos de turbulencia en la Tierra. Al final de esta transición de energía, las partículas ganan energía térmica. Sin embargo, aún no se entiende con total certeza la naturaleza del proceso por el cual se calientan las partículas”, indica Agudelo.

A partir de simulaciones numéricas que reproducen las condiciones del viento solar, los científicos lograron identificar eventos de reconexión magnética, que se producen cuando líneas de campo magnético se rompen y vuelven a conectarse entre sí, liberando grandes cantidades de energía.

Esta energía se transfiere a las partículas del viento solar, con lo cual este estudio explicaría el mecanismo responsable de que el viento solar no disminuya su temperatura tan rápido como se esperaría mientras se aleja del Sol.

El método empleado logró identificar los lugares donde sucede espontáneamente la reconexión magnética dentro de la simulación, y se centró en investigar las propiedades del viento solar en esas regiones específicas.

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El equipo de investigadores está conformado por expertos de reconocidas instituciones, como la Universidad de New Hampshire, la Universidad de Northumbria y la Agencia Espacial Europea (ESA), entre otras. El profesor Santiago Vargas, del Observatorio Astronómico de la Universidad Nacional de Colombia, completa el equipo de trabajo, que hizo simulaciones en el súper computador DiL, que hace parte del Sistema de Computación de Alto Rendimiento (HPC, por sus siglas en ingles) DiRAC.

El estudio, publicado en el Journal of Plasma Physics, hace nuevas predicciones que serán contrastadas con la misión espacial de la ESA Solar Orbiter, lanzada en febrero de 2020 y que ya empieza a estudiar la estrella para entender mejor su comportamiento. Esta misión será la primera en tomar mediciones directas del viento solar por fuera del plano de la eclíptica (el plano en que orbitan los planetas alrededor del Sol). Esta será una posición privilegiada desde la que nunca antes se han estudiado las condiciones de esta corriente de partículas expulsadas desde el Sol.

Una breve historia del plasma y el viento solar

De acuerdo con el astrofísico Vargas, el término plasma fue adoptado en 1928, cuando el científico norteamericano Irving Langmuir y su equipo de trabajo comenzaron a estudiar sistemáticamente las propiedades de los gases ionizados.

“Sin embargo, medio siglo antes ya había sido identificado en el laboratorio por Sir William Crookes, quien se refirió a él como ‘materia radiante’, estableciendo las diferencias con los tres estados de la materia que hasta ese momento eran los únicos que se conocían. El plasma paso a denominarse el cuarto estado de la materia”, explica Vargas.

Según Vargas, entender la evolución del viento solar es especialmente importante para mejorar nuestra habilidad de predecir el clima espacial: “Al relacionarse con los fenómenos que suceden en el Sol, y que pueden poner en riesgo la tecnología desarrollada por los seres humanos, especialmente a partir del uso de los satélites desde mediados del siglo pasado, el clima espacial es uno de los temas de mayor interés en la actualidad”, dice el científico”, dice.

El viento solar configura el campo magnético terrestre (magnetósfera) y proporciona energía para muchos procesos, pero es necesario entender exactamente cómo actúa

Para Vargas, los eventos más extremos, además de poner en riego a satélites, pueden afectar las telecomunicaciones, generar “apagones” de radiofrecuencia que pueden alterar todas las rutas aéreas, así como incrementar la exposición a radiación que tienen los pasajeros de las aerolíneas nacionales e internacionales.

Lograr entender los misterios que encierra el viento solar ha representado un esfuerzo constante, casi una obsesión, desde que en 1958 el físico Eugene Parker publicó su teoría, en la que planteaba que desde la corona del Sol se movía un flujo supersónico de partículas.

Ahora, por primera vez, los científicos están ante la posibilidad de usar la nueva generación de instrumentos que viajan en desafiantes misiones de exploración del Sol, y avanzadas simulaciones computacionales, para quitar el velo de dudas en torno a las características físicas y la acción del viento solar.

“El viento solar configura el campo magnético terrestre (magnetósfera) y proporciona energía para muchos procesos, pero es necesario entender exactamente cómo actúa. En Marte, por ejemplo, el viento solar parece ser el responsable de haber barrido casi por completo la atmósfera del planeta rojo en un pasado remoto, así que tiene un papel protagónico en el pasado, presente y futuro de los cuerpos que hacen parte de nuestro sistema solar”, puntualiza Vargas.

NICOLÁS BUSTAMANTE HERNÁNDEZ*
PARA EL TIEMPO
*PERIODISTA DE CIENCIA

Vea el estudio: https://doi.org/10.1017/S0022377821000404

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