Al igual que la Tierra, es probable que el Sol tenga vórtices polares arremolinados, según una nueva investigación dirigida por el Centro Nacional de Investigación Atmosférica de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF NCAR). Pero a diferencia de la Tierra, la formación y evolución de estos vórtices están impulsadas por campos magnéticos.
Los hallazgos, publicados recientemente en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), tienen implicaciones para nuestra comprensión básica del magnetismo del Sol y el ciclo solar, lo que a su vez podría mejorar nuestra capacidad para predecir el clima espacial disruptivo. La nueva investigación también ofrece una imagen de lo que podríamos esperar ver en los polos solares durante futuras misiones al Sol y proporciona información que podría ser útil para planificar el calendario de dichas misiones.
«Nadie puede decir con certeza qué está sucediendo en los polos solares», dijo Mausumi Dikpati, científico principal de NSF NCAR, quien dirigió el nuevo estudio. «Pero esta nueva investigación nos da una visión intrigante de lo que podríamos esperar encontrar cuando seamos capaces, por primera vez, de observar los polos solares».
La investigación fue financiada por NSF y NASA con recursos de supercomputación disponibles en los sistemas Cheyenne y Derecho de NSF NCAR.
Un misterio en los polos del Sol
La probable presencia de algún tipo de vórtices polares en el Sol no es una sorpresa. Estas formaciones giratorias se desarrollan en los fluidos que rodean un cuerpo en rotación debido a la fuerza de Coriolis y se han observado en la mayoría de los planetas de nuestro sistema solar. En la Tierra, un vórtice gira en lo alto de la atmósfera alrededor de los polos norte y sur. Cuando esos vórtices son estables, mantienen el aire helado encerrado en los polos, pero cuando se debilitan y se vuelven inestables, permiten que ese aire frío se filtre hacia el ecuador, provocando explosiones de aire frío en las latitudes medias.
La misión Juno de la NASA arrojó impresionantes imágenes de vórtices polares en Júpiter, mostrando ocho remolinos muy apretados alrededor del polo norte del gigante gaseoso y cinco alrededor del sur. Los vórtices polares de Saturno, vistos por la nave espacial Cassini de la NASA, tienen forma hexagonal en el polo norte y más circulares en el sur. Estas diferencias ofrecen a los científicos pistas sobre la composición y la dinámica de la atmósfera de cada planeta.
También se han observado vórtices polares en Marte, Venus, Urano, Neptuno y Titán, la luna de Saturno, por lo que, de alguna manera, el hecho de que el Sol (también un cuerpo en rotación rodeado por un fluido) tenga tales características puede ser obvio. Pero el Sol también es fundamentalmente diferente de los planetas y lunas que poseen atmósferas: el «fluido» de plasma que rodea al Sol es magnético.
Cómo ese magnetismo podría influir en la formación y evolución de los vórtices polares solares (o si se forman o no) es un misterio porque la humanidad nunca ha enviado una misión al espacio que pueda observar los polos del Sol. De hecho, nuestras observaciones del Sol se limitan a vistas de la cara del Sol cuando apunta hacia la Tierra y sólo ofrecen pistas de lo que podría estar sucediendo en los polos.
Un anillo de vórtices vinculado al ciclo solar
Como nunca hemos observado los polos del Sol, el equipo científico se basó en modelos informáticos para completar los espacios en blanco sobre cómo podrían verse los vórtices polares solares. Lo que descubrieron es que es probable que el Sol tenga un patrón único de vórtices polares que evoluciona a medida que se desarrolla el ciclo solar y depende de la fuerza de cualquier ciclo en particular.
En las simulaciones, se forma un estrecho anillo de vórtices polares alrededor de los 55 grados de latitud (el equivalente al círculo polar ártico de la Tierra) al mismo tiempo que comienza un fenómeno llamado «carrera hacia los polos». En el máximo de cada ciclo solar, el campo magnético en los polos del Sol desaparece y es reemplazado por un campo magnético de polaridad opuesta. Este cambio va precedido por una «precipitación hacia los polos» cuando el campo de polaridad opuesta comienza a viajar desde unos 55 grados de latitud hacia el polo.
Después de formarse, los vórtices se dirigen hacia los polos en un anillo que se estrecha, desprendiéndose de vórtices a medida que el círculo se cierra, dejando finalmente sólo un par de vórtices directamente colindantes con los polos antes de que desaparezcan por completo en el máximo solar. La cantidad de vórtices que se forman y su configuración a medida que avanzan hacia los polos cambia con la fuerza del ciclo solar.
Estas simulaciones ofrecen una pieza que falta en el rompecabezas de cómo se comporta el campo magnético del Sol cerca de los polos y pueden ayudar a responder algunas preguntas fundamentales sobre los ciclos solares del Sol. Por ejemplo, en el pasado muchos científicos han utilizado la fuerza del campo magnético que «se precipita hacia los polos» como indicador de cuán fuerte es probable que sea el próximo ciclo solar. Pero el mecanismo por el cual esas cosas podrían conectarse, si es que se conectan, no está claro.
Las simulaciones también ofrecen información que puede utilizarse para planificar futuras misiones de observación del Sol. Es decir, los resultados indican que alguna forma de vórtices polares debería ser observable durante todas las partes del ciclo solar excepto durante el máximo solar.
«Se podría lanzar una misión solar y podría llegar para observar los polos en el momento completamente equivocado», dijo Scott McIntosh, vicepresidente de operaciones espaciales de Lynker y coautor del artículo.
El Solar Orbiter, una misión cooperativa entre la NASA y la Agencia Espacial Europea, podría brindar a los investigadores su primera visión de los polos solares, pero la primera mirada estará cerca del máximo solar. Los autores señalan que una misión diseñada para observar los polos y brindar a los investigadores múltiples puntos de vista simultáneos del Sol podría ayudarlos a responder muchas preguntas de larga data sobre los campos magnéticos del Sol.
«Nuestro límite conceptual ahora es que estamos operando con un solo punto de vista», dijo McIntosh. «Para lograr avances significativos, debemos tener las observaciones que necesitamos para probar nuestras hipótesis y confirmar si simulaciones como éstas son correctas».
