La ciencia granadina toma una fotografía inédita del Sol: «Hemos conseguido algo que no se había hecho nunca»

Solar Orbiter despegó el pasado 9 de febrero con una misión clara: observar el Sol desde una perspectiva sin precedentes y aprender cómo nos influye aquí, en La Tierra, la actividad solar. Y aunque no ha hecho más que empezar (el viaje terminará aproximadamente en noviembre de 2021), ya se han obtenido los primeros resultados científicos. Y son espectaculares. Entre ellos está una fotografía inédita del Sol: el primer mapa magnético del astro obtenido desde el espacio sin intervención humana. Un logro sin precedentes alcanzado gracias a SO/PHI, los ojos de la Solar Orbiter, un instrumento puntero impulsado y coordinado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), en Granada.

La misión, desarrollada por la Agencia Espacial Europea (ESA) con la participación de la NASA, se halla ahora en su fase de crucero inicial. «Los instrumentos a bordo de la nave no han estado inactivos: acaban de completar la primera fase de puesta a punto, en la que las actividades se han centrado en comprobar que todos los complejos sistemas funcionan correctamente y, en caso de observar desviaciones, encontrar medidas para resolverlas o mitigarlas», señala José Carlos del Toro Iniesta, investigador del IAA-CSIC en Granada que colidera el instrumento SO/PHI.

Del Toro asegura, orgulloso y agradecido al equipo, que siente una satisfacción «grande, muy grande, porque lo que hemos comprobado después de tantos años de trabajo y desvelos es que la cosa funciona. Hemos conseguido algo que no se había hecho nunca». El mapa magnético del Sol es «un primer aperitivo del a ciencia que queremos hacer con los datos», dice. Así, explica que lo que nos muestran las imágenes obtenidas permite comprender cómo evolucionan e interactúan los campos magnéticos. «El Sol está cubierto de estructuras magnéticas que no ves con los ojos normales, pero cuando lo miras con ojos magnéticos, con nuestro instrumento, sí». Esa capacidad de medir el campo magnético enseñará a los científicos a predecir cuándo va a haber actividad magnética visible, «que es la que está más relacionada con los eventos que tienen consecuencias en nuestra vida en La Tierra, como las tormentas solares».

El despegue de la Solar Orbiter, además, cuenta con un añadido que la hace aún más especial: «Ha sido la primera misión científica espacial que se ha manejado desde casa, por el confinamiento». Del Toro recuerda cómo, al principio, se trasladaron al Centro Espacial, en Alemania, pero con la llegada de la Covid-19 la mayoría de los investigadores trasladaron sus equipos de los despachos a sus casas. «Y desde allí hemos podido gobernar un bicho como este, a mitad de la distancia entre el Sol y la Tierra. Es alucinante».

En cualquier caso, este mapa magnético del Sol es el primer paso en un camino que traerá importantes descubrimientos científicos a nuestra sociedad.

A las 14.00 horas de este jueves, miembros de la ESA y de la NASA compartieron los primeros resultados de la misión. Entre los ponentes están: Daniel Müller, científico del proyecto Solar Orbiter de la ESA; Holly R. Gilbert, científica del proyecto Solar Orbiter de la NASA; David Berghmans, del Real Observatorio de Bélgica, investigador principal de la Cámara de Imagen del Ultravioleta Extremo (EUI); Sami Solanki, director del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar, investigador principal de la Cámara de Imagen Polarimétrica y Heliosísmica (PHI); Christopher J. Owen, del Laboratorio de Ciencia Espacial Mullard del University College London, investigador principal del Analizador de Viento Solar (SWA); y José Luis Pellón Bailón, responsable adjunto de operaciones de la nave de Solar Orbiter. Los resultados se compartirán en este web.

Solar Orbiter servirá, entre otras coas, para ampliar el conocimiento sobre la meteorología espacial y, también, para entender los cambios en el campo magnético del Sol. «Esos cambios, desde la Tierra, nos es difícil estudiarlos porque los polos del Sol están perpendiculares al plano de la eclíptica». La eclíptica es el plano en el que se mueve la Tierra y el resto de planetas, así que desde aquí es imposible ver los polos, sería como intentar ver la azotea de un edificio muy alto colocándose de frente. «Con la misión –dice el investigador del IAA– , nos salimos del campo de la eclíptica, nos levantamos de forma que por primera vez vamos a medir el campo magnético y la velocidad del material solar con el ángulo de visión necesario para estudiar los polos magnéticos». ¿Qué significa eso? Que va a ser la primera vez en la historia de la humanidad que vamos a ver al Sol por completo. ¿Pero si el Sol rota sobre nosotros, ya lo hemos visto entero, no? Sí, pero nunca al mismo tiempo. Y eso es importante: «Habrá momentos en que Solar Orbiter esté al otro lado del Sol. Desde la Tierra vamos a poder fotografiar una cara y con la misión, la otra. Así podremos aprender a predecir la actividad solar».

Solar Orbiter es la primera misión espacial con liderazgo español en dos instrumentos: el instrumento EPD, el detector de partículas energéticas, liderado por la Universidad de Alcalá y la Universidad de Kiel (Alemania), y el magnetógrafo PHI, liderado por el Instituto Max Planck de Investigaciones del Sistema Solar (Gotinga, Alemania) y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), de Granada.

SO/PHI significa 'Polarimetric and Helioseismic Imager for Solar Orbiter'. Por partes, apunta Del Toro: «Imaginador, porque el instrumento hace imágenes. Y son imágenes 'Polarimétricas', porque vamos a ver la polarización de la luz. Y 'Helioseísmico' porque con nuestras medidas vamos a ser capaces de inferir las propiedades del interior solar. Al igual que los geólogos estudian la propagación de terremotos para entender de qué está constituido el interior de la Tierra, estudiamos las oscilaciones de la estrella para entender cuál es la composición y las propiedades físicas de su interior».

SO/PHI ha sido construido por un consorcio internacional (45% Alemania, 42% España, 10% Francia y el resto otros países). La parte española, que ha desarrollado, entre otros sistemas, el telescopio de disco entero (FDT) y el inversor electrónico de la ecuación de transporte radiativo, se ha coordinado desde el IAA-CSIC, con la participación del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), la Universidad Politécnica de Madrid, la Universidad de Valencia, la Universidad de Barcelona y el Instituto de Astrofísica de Canarias.

Parte de las imágenes obtenidas con SO/PHI muestran el Sol entero «tanto en intensidad de la luz como en polarización circular», añade Del Toro. «El Sol -sigue- se encuentra en un periodo de baja actividad y no se aprecian estructuras visibles en la imagen de intensidad, pero sí observamos estructuras magnéticas en su superficie en el mapa de polarización circular. Para la obtención de la primera fila de imágenes se ha utilizado el telescopio de alta resolución, que proporciona más detalle y permite, por un lado, distinguir claramente la granulación (verdaderas burbujas de gas solar) y que, por otro, aporta el primer magnetograma autónomo realizado en el espacio».

Esta autonomía es una de las singularidades de SO/PHI, posible gracias a su inversor electrónico, el primero de su categoría desarrollado hasta la fecha. En lugar de enviar los datos originales a tierra, este dispositivo permite hacer la ciencia a bordo: convierte las medidas en mapas de las magnitudes físicas solares, borra las primeras para liberar memoria y envía los segundos al centro de operaciones. «Normalmente, tal mapa se obtiene tras un tedioso trabajo realizado por cincuenta ordenadores en tierra tras un tiempo considerable», concluye Del Toro Iniesta.

Estas imágenes son representativas de dos de las contribuciones españolas más importantes al instrumento PHI de la misión Solar Orbiter. Por un lado, el telescopio de disco entero (desarrollado en el INTA) y por otro lado, el 'inversor electrónico de la ecuación de transporte radiativo', primero de su especie en el mundo y desarrollado en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC). Este inversor electrónico es un dispositivo capaz hacer ciencia a bordo de la nave directamente en el espacio. Es capaz de procesar, en apenas veinte minutos, los datos «en bruto» obtenidos por el instrumento y convertirlos en mapas de las magnitudes físicas solares que envía al centro de operaciones, un proceso que habitualmente necesita de cincuenta ordenadores en tierra y más de una hora de procesamiento.

Las imágenes de la fila inferior son imágenes del disco solar completo realizadas con el telescopio de disco entero desarrollado por nuestro consorcio español. Durante esta fase de puesta a punto del instrumento, a estas imágenes aún no se les ha aplicado la acción del inversor electrónico. Las columnas de la izquierda representan la intensidad del continuo, en las que brillo equivale aproximadamente a temperatura: lo más brillante es lo más caliente. En la imagen del disco entero (abajo) apenas se distinguen estructuras porque la misión todavía se encuentra aún lejos del Sol como para diferenciarlas.

En cambio, en las imágenes de alta resolución (arriba) se observa claramente la granulación solar, gigantescas burbujas de plasma solar resultado de la convección, un fenómeno similar al que observamos en un cazo de agua hirviendo: el material caliente y más brillante – los gránulos - es menos denso y asciende hasta la superficie solar donde se enfría (se hace más oscuro) y desciende hacia el interior por los intersticios intergranulares.

Las columnas de en medio son magnetogramas, es decir, mapas indicativos del campo magnético en la fotosfera solar. Sus colores son representativos de la componente del campo magnético a lo largo de la línea de visión. El campo magnético solar, como el de un imán, tiene dos polaridades, Norte y Sur. La polaridad Norte o positiva está representada en colores verdes y la Sur o negativa en colores marrones. En la imagen de disco entero del continuo no vemos estructuras y, sin embargo, en las imágenes de alta resolución, el Sol aparece plagado de pequeñas motas que nos indican que, a pesar de estar en una fase del ciclo solar de once años muy tranquila y sin apenas manchas solares visibles (grandes concentraciones de campo magnético), el Sol está repleto de pequeños campos magnéticos a muy pequeña escala, repartidos por toda la superficie.

Por último, las imágenes de la derecha muestran la componente de la velocidad del plasma solar en la superficie a lo largo de la línea de visión. Debido al efecto Doppler (el mismo por el que ruido de una motocicleta que se nos acerca se hace más agudo y cuando se nos aleja se hace más grave) cuando el gas solar se acerca hacia nosotros se muestra en azul, en cambio cuando se aleja o se dirige hacia el interior de la estrella se muestra en rojo.

En la imagen de alta resolución (fila superior), las estructuras azules coinciden con los gránulos brillantes que se aprecian en el continuo (imagen izquierda) y las rojas con los intersticios intergranulares. Este patrón de colores no muestra el patrón de la convección en la superficie solar: las burbujas calienten ascienden (azul), mientras que las más frías descienden (rojo). En el caso de la figura del disco entero (fila inferior) el patrón de colores nos muestra la rotación solar: medio Sol se nos acerca y medio se nos aleja. En una simple imagen comprobamos que el Sol rota sobre su eje (prácticamente perpendicular a nuestra línea de visión), al igual que lo hace la Tierra.