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12 de Febrero de 2020
Astrofísica

Con vistas a los polos del Sol

El lunes partió hacia el Sol el Orbitador Solar, una sonda espacial de la Agencia Espacial Europea. Su misión: investigar durante diez años nuestra estrella y fotografiar sus polos.

Una representación artística del Orbitador Solar ante el Sol [ESA / ATG MEDIALAB].

Será un largo vuelo y, sobre todo, caliente. El 10 de febrero, a las 5:03 según el horario vigente en España, ha emprendido viaje hacia el Sol una sonda espacial que lleva el nombre de Orbitador Solar. La misión durará diez años. La sonda analizará in situ los vientos solares, medirá el campo magnético y ofrecerá las primeras imágenes detalladas de las regiones polares del Sol. Una empresa ambiciosa.

Las preguntas esenciales que podría responder: ¿cómo genera y controla el Sol la heliosfera? ¿Cómo y dónde se forman el plasma y el campo magnético del viento solar? ¿Cómo crean las erupciones solares la potente radiación de partículas?

Cuanto más se acerque el Orbitador Solar al Sol, más precisas serán las respuestas. La sonda llegará a estar en la parte más cercana de su órbita al Sol a 42 millones de kilómetros de nuestra estrella. La radiación será consiguientemente más intensa. Una comparación: en un cálido día de verano la Tierra recibe unos 1000 watios de radiación por metro cuadrado. La sonda tendrá que aguantar 17,4 kilowatios por metro cuadrado. Un robusto escudo térmico impedirá que la radiación deteriore la sonda. Se calentará hasta unos 500 grados, el doble que la temperatura de un horno.

En una emergencia, cincuenta segundos para salvarse

Es curioso que la cara anterior del escudo sea negra como la pez. «A primera vista parece cosa de locos encarar el Sol con una superficie negra en vez de blanca», como dice Alex Jacobs, el físico e ingeniero espacial que se encargó del diseño térmico de la sonda. Sin embargo, hacía falta un material que dispersara la carga estática, y no los hay blancos que cumpliesen todos lis requisitos.

«La sonda tiene que medir, entre otras cosas, partículas cargadas. Por eso, el campo magnético del propio vehículo espacial ha de ser tan débil como se pueda». Pero las partículas eléctricamente cargadas del viento solar a menudo cargan electrostáticamente las superficies anteriores de las naves espaciales. La parte exterior del escudo (la capa anterior de las dos de que consta) está formada por veinte hojas de titanio finísimas sobre las que se tiende un recubrimiento resistente y al mismo tiempo conductor de fosfato de calcio y de carbono. «En ella se dispersan todas las cargas», explica Jacobs.

Tras la primera capa de alta temperatura, a una distancia de unos 15 centímetros, viene otra, aluminizada. «Las caras de las placas que se miran entre sí están recubiertas por superficies brillantes que reflejan el calor, que finalmente es radiado por el vano entre las dos capas, lateralmente», explica el ingeniero espacial. De esta manera, el calor desciende entre la primera y la segunda capa de 500 a 50 grados. Se probó primero con las simulaciones por ordenador. El escudo fue transportado a Cabo Cañaveral a todo correr en diciembre de 2019 para evitar posibles complicaciones de un Brexit que por entonces amenazaba con ser desordenado.

Un estor solar negro. Gracias al escudo térmico podrá el Orbitador Solar acercarse mucho al Sol [Airbus Defense and Space].

Para que la protección funcione es fundamental que el escudo esté colocado correctamente. En cuanto la orientación se desvía más de 3,5 grados, la parte sensible de la sonda queda expuesta a la luz solar. La sonda tiene entonces solo 50 segundos para dirigir otra vez el escudo, de forma totalmente automática, hacia la superficie solar, con sus 5500 grados de temperatura, y salvar así la misión. Las correcciones manuales son demasiado lentas: mucho antes de que la señal de radio llegase a la Tierra, la sonda ya se habría echado a perder.

1800 kilogramos pesa la sonda, diez instrumentos lleva dentro

Aunque el Orbitador Solar es una misión de esas llamadas poco halagüeñamente de «clase mediana», la ESA persigue con ella un objetivo científico ambicioso: sus datos deberían elucidar la cadena completa de interacciones electromagnéticas desde la atmósfera solar hasta el espacio interplanetario. Ciertamente se conocen muchos fenómenos individuales en la atmósfera solar, pero no siempre sus orígenes y conexiones. Hasta hoy, por ejemplo, dista de estar claro cómo se genera en la corona solar el campo magnético del viento solar y cómo se crean las erupciones solares de radiación de partículas que llegan hasta nosotros en la Tierra.

La sonda, que pesa 1800 kilogramos, está equipada con diez instrumentos; nueve de ellos son de la ESA y uno de la NASA. «La carga útil del Orbitador Solar se divide en los llamados instrumentos in situ y en los instrumentos de detección remota», dice Joachim Woch, del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar, en Gotinga, que ha contribuido de manera determinante a cuatro de los aparatos. «Los instrumentos in situ miden las partículas cargadas eléctricamente, el plasma y los campos magnéticos presentes donde se encuentre la sonda. Los instrumentos de detección remota observan, por el contrario, los procesos dinámicos que se producen en la superficie del Sol y cerca de ella». Mientras que los cuatro aparatos in situ están instalados en una percha, protegidos tras el escudo térmico, los otros miran a través de aperturas en el escudo.

«Un objetivo principal: que el Observador Solar fotografíe las regiones polares del Sol», dice Daniel Müller, uno de los científicos de la misión en la ESA. «A la misión Ulises ya se le dio una trayectoria polar, pero a una distancia vez y media la que separa a la Tierra y el Sol, y sin cámaras. No tenemos, pues, ninguna imagen». Los polos desempeñan, dice Müller, un papel central en la explicación del ciclo del campo magnético del Sol.

Esa es la razón de que el Orbitador Solar emprenda su largo viaje. La sonda rodeará el Sol a una distancia mínima de 45 millones de kilómetros de distancia y ofrecerá datos, pero con la trayectoria inicial no podrá ver los polos como se desea. Solo en enero de 2028, tras nuevas aproximaciones a la Tierra y a Venus, habrá girado más de 30 grados con respecto al plano del sistema solar y será entonces cuando pueda echar una mirada sin precedentes a la estrella. Con dos de los instrumentos tomará imágenes de todo el disco solar y resolverá estructuras de un tamaño de 200 kilómetros.

Por lo tanto, los científicos participantes tendrán que esperar un poco para conocer los resultados más emocionantes. Sin embargo, el trabajo empieza inmediatamente tras el despegue. Habrá que ver si los instrumentos de la sonda sobreviven al brutal astro: la prueba de madurez de todos los vuelos espaciales. «A finales de mayo, si todo va bien, se producirán las primeras observaciones regulares de los instrumentos in situ», explica Müller. «Es decir: a finales del año que viene tendremos los primeros resultados sobre el campo magnético y las mediciones in situ del plasma del viento solar».

El instrumento más complejo se llama PHI

La denominada «fase de crucero», es decir, la aproximación hasta el Sol, durará hasta noviembre de 2021. Mientras, se abrirán los portillos del escudo para que los telescopios que tienen detrás reciban su primera luz, pero eso servirá de momento nada más que para la calibración. La misión regular con los instrumentos de toma de imágenes solo empezará después.

Entre los instrumentos de detección remota a bordo la estrella es sin lugar a dudas el Creador de Imágenes Polarimétrico y Heliosísmico (PHI). Otros aparatos, como los coronógrafos, con sus tomas de las erupciones solares, no es que creen imágenes que, como las de PHI, causen impresión, es que son verdaderamente espectaculares. Pero las esperanzas puestas en este caro dispositivo son altas (su desarrollo costó decenas de millones de euros). «PHI es sin duda el instrumento más complejo», asegura Woch. «De todos, es el que mide a mayor profundidad en la atmósfera, e incluso en las capas convectivas que rodean el núcleo». Así, de los patrones de las vibraciones del plasma en la superficie solar se podrán sacar conclusiones acerca de los procesos subyacentes, como pasa con los sismogramas de los terremotos terrestres.

Con la ayuda de PHI, el equipo querría ante todo determinar la intensidad y la dirección del campo magnético en la superficie del Sol. El campo magnético es el principal portador de energía para todos los procesos dinámicos de la atmósfera solar, dice Woch. No solo hay que rascar en la superficie, sino observar las entrañas del Sol. Al final, es en el interior donde se generan los campos magnéticos.

No será la misión con mejores imágenes solares, pero sí la más completa hasta ahora

El Orbitador Solar es ya la vigésima misión que estudia el Sol y sus emisiones. Su coste es de 1200 millones de euros. De ellos, 800 los paga la ESA. «Ha habido instrumentos que han observado el Sol con mayor resolución y misiones que han volado cerca y lejos de la eclíptica», explica Woch. «Pero una misión con un instrumental tan completo, no la ha habido». No solo complementa misiones anteriores, sino que las potencia.

También para Daniel Müller es la combinación de datos el criterio decisivo. El viento solar se ha investigado ya, qué duda cabe, a diferentes distancias, «pero», explica, «lo nuevo es que tenemos a bordo un instrumento que mide la química del viento solar»: no solo, pues, los electrones, protones y partículas alfa, sino también el hierro, el oxígeno y otros elementos. «Podríamos ligar eso con los espectros de la superficie solar, ya que con un espectrómetro de ultravioletas son precisamente esos elementos los que captamos», explica; cabe esperar que de esta forma se establezca el origen de los paquetes individuales de partículas cargadas. El Orbitador Solar tiene además la oportunidad de medir puramente el viento solar, en la medida de lo posible, sin que se entrometa nada (analizado desde la Tierra, intervienen muchos otros procesos).

Primero al Sol, ¿luego a Venus?

Los conocimientos que se adquieran con la misión podrían ser importantes para el común de los mortales. Los precursores electromagnéticos de las grandes erupciones solares perjudican con frecuencia a los satélites y a otros sistemas de comunicación. «El Orbitador Solar es una misión investigadora que persigue también descubrir los mecanismos que causan esas erupciones», dice Müller. «Tenemos la esperanza de que aprendamos a hacer una especie de pronóstico del tiempo espacial».

El Orbitador Solar girará durante siete años alrededor del Sol, y si toda va bien, tres más. Si tras las aproximadamente veinte vueltas alrededor del Sol todavía queda combustible, la sonda se acercará un poco más al Sol. O quizá se convierta en kamikaze y se zambulla en la atmósfera de Venus, añade Müller. Buen escudo protector tiene.

Peter Michael Schneider

Más información en NASAESA y Twitter (@ESASolarOrbiter)

El equipo de defensa planetaria de la ESA, que busca asteroides peligrosos, tomó con el telescopio Schmidt de Calar Alto estas imágenes (36 de diez segundos de duración) del Orbitador Solar, veinte horas después del lanzamiento, cuando estaba casi tan lejos como la Luna [ESA].

 

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