Cómo se origina y calienta el viento solar: claves de un fenómeno que impacta en la Tierra

El Sol nunca está quieto. Desde su atmósfera exterior emerge de manera constante un flujo de partículas cargadas que atraviesa todo el sistema solar y moldea el entorno espacial de los planetas.

Ese flujo, conocido como viento solar, influye sobre los satélites, las comunicaciones, la navegación aérea y los sistemas eléctricos en la Tierra.

A pesar de su importancia, su origen y su calentamiento todavía guardaban incógnitas clave. Ahora, nuevas mediciones obtenidas por la sonda solar Parker de la NASA permiten observar ese proceso en una región del espacio que hasta hace pocos años permanecía fuera del alcance de la ciencia.

Un equipo de investigación liderado por la Universidad de Arizona analizó datos recolectados durante el mayor acercamiento de la sonda al Sol y logró medir con un nivel de detalle inédito la dinámica de la capa de gas caliente donde nace el viento solar.

Los resultados, publicados en Geophysical Research Letters, aportan información fundamental sobre el movimiento de la energía y la materia en la heliosfera, la burbuja de espacio dominada por la actividad solar que se extiende más allá de la órbita de los planetas.

“Una de las cosas que nos preocupa como sociedad tecnológicamente avanzada es el impacto que el Sol, la estrella con la que vivimos, tiene en nosotros”, explicó Kristopher Klein, profesor asociado del Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Alberta y líder del estudio. La investigación conecta procesos físicos microscópicos con efectos macroscópicos que llegan hasta la Tierra.

Durante eventos extremos como las eyecciones de masa coronal, el Sol expulsa enormes cantidades de partículas cargadas y energía al espacio.

Al interactuar con el campo magnético terrestre, esas partículas pueden alterar el funcionamiento de satélites, interferir en las comunicaciones de radio y aumentar la radiación que reciben los pasajeros de vuelos polares. Comprender cómo se originan y evolucionan esas partículas resulta clave para anticipar su impacto.

“Si podemos comprender mejor la atmósfera del Sol a través de la cual se mueven estas partículas energéticas, mejoraremos nuestra capacidad de pronosticar cómo estas erupciones del Sol se propagarán realmente a través del sistema solar y eventualmente golpearán y posiblemente impactarán la Tierra”, señaló Klein.

Una atmósfera solar más compleja de lo que parece

Aunque el Sol carece de una superficie sólida, los científicos describen su estructura a partir de capas bien diferenciadas. En el núcleo, la fusión nuclear convierte hidrógeno en helio y libera la energía que alimenta toda la actividad solar. Por encima se extienden varias capas, entre ellas la fotosfera visible, donde aparecen las manchas solares, y la cromosfera, una región delgada y turbulenta desde la cual surgen las erupciones.

Más allá se encuentra la corona, una envoltura difusa de plasma que solo se vuelve visible durante los eclipses totales de Sol. Esta región plantea uno de los grandes enigmas de la física solar. A medida que el plasma asciende desde el interior, su temperatura desciende desde millones de grados hasta unos 10.000 grados Fahrenheit en la fotosfera. Sin embargo, en la corona la temperatura vuelve a aumentar y supera los dos millones de grados.

Ese comportamiento contraintuitivo desafió durante décadas a los heliofísicos. Los campos magnéticos del Sol, intensos y dinámicos, juegan un papel central en ese proceso, al doblarse, retorcerse y reconectarse de maneras complejas. Hasta ahora, los modelos solo ofrecían aproximaciones indirectas.

Un acercamiento sin precedentes

La sonda solar Parker, lanzada en 2018, cambió ese panorama. Gracias a una trayectoria que incluye siete asistencias gravitatorias con Venus, la nave se internó más que ninguna otra misión en la atmósfera solar. En la Nochebuena de 2024 alcanzó su mayor acercamiento, a apenas 3,8 millones de millas de la superficie del Sol.

Desde esa posición extrema, Parker midió directamente las propiedades del plasma y las partículas que forman el viento solar en su región de origen. Por primera vez, los científicos pudieron estudiar cómo se distribuyen las velocidades de las partículas cargadas en un entorno donde las colisiones resultan escasas y el equilibrio térmico no se alcanza.

“Sabemos que existe un calor constante que se incorpora al viento solar y queremos entender qué mecanismos son los que realmente provocan ese calentamiento”, afirmó Klein. Las nuevas observaciones permiten pasar de modelos simplificados a descripciones basadas en datos reales.

Antes de Parker, los investigadores describían el calentamiento del viento solar con distribuciones ideales de partículas. Ahora, las mediciones revelan estructuras mucho más complejas, con desequilibrios que alteran la forma en que la energía se transporta y se disipa.

Plasmas fuera de equilibrio

Los resultados muestran que el viento solar no se comporta como un gas común. Tal como detallaron los científicos en el artículo:

“Los gases calientes e ionizados, también conocidos como plasmas, a menudo no experimentan suficientes colisiones como para alcanzar el equilibrio térmico. Las estructuras de desequilibrio en la distribución de las velocidades de las partículas en estos sistemas modifican el comportamiento colectivo de las ondas”.

El equipo analizó datos de uno de los instrumentos de plasma de Parker, capaz de medir el viento solar a distancias de hasta siete millones de kilómetros de la superficie solar. En esa región, las estructuras de desequilibrio aparecen con frecuencia y producen efectos diversos.

“Consideramos ejemplos de estos cambios utilizando mediciones de uno de los instrumentos de plasma de la sonda solar Parker, que mide el viento solar a una distancia de hasta 7 millones de kilómetros de la superficie del Sol, donde se observan con frecuencia estructuras de velocidad de desequilibrio. En ocasiones, estas estructuras permiten que las ondas se propaguen más lejos antes de amortiguarse o modifican la distribución de la energía derivada de la amortiguación entre las poblaciones de partículas cargadas. En otros casos, las estructuras de desequilibrio potencian la emisión de ondas. Nuestros hallazgos resaltan la importancia de realizar análisis sofisticados del calentamiento y las inestabilidades en los sistemas de plasma caliente de nuestro sistema solar y del universo”, sostuvieron.

Para interpretar estas observaciones, el equipo utilizó un código numérico propio llamado Arbitrary Linear Plasma Solver, o ALPS. Esta herramienta permitió analizar las distribuciones reales medidas por Parker y estudiar cómo se propagan las ondas en ese plasma complejo.

Gracias a ALPS, los investigadores identificaron cómo cambia el calentamiento a medida que las partículas se alejan del Sol. En el punto donde nace el viento solar, las partículas comienzan a enfriarse, aunque a un ritmo mucho más lento de lo esperado para un gas en expansión. Ese fenómeno, conocido como amortiguamiento, representa otro misterio que las nuevas mediciones ayudan a delimitar.

La capacidad de medir cuánta energía recibe cada tipo de partícula transforma la comprensión del viento solar y abre la puerta a aplicaciones más amplias. Los mismos procesos físicos operan en otros entornos dominados por plasma y campos magnéticos.

“Si podemos comprender la amortiguación del viento solar, entonces podremos aplicar ese conocimiento sobre la disipación de energía a cosas como el gas interestelar, los discos de acreción alrededor de los agujeros negros, las estrellas de neutrones y otros objetos astrofísicos”.

Más allá de su valor teórico, estos avances fortalecen la capacidad de anticipar el clima espacial. Al entender mejor cómo se acelera y se calienta el viento solar en sus primeros millones de kilómetros, los científicos pueden mejorar los modelos que predicen la llegada de tormentas solares a la Tierra.

La sonda Parker continúa su misión y promete nuevos acercamientos en los próximos años. Cada paso hacia el Sol aporta datos que afinan la comprensión de una estrella que, aunque cotidiana, todavía guarda secretos fundamentales.

Con estas observaciones directas, la frontera invisible donde nace el viento solar comienza, por fin, a volverse visible para la ciencia.