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Un Golpe de Suerte Astronómico para la Ciencia Solar

Científicos planean un eclipse sobre el observatorio de la NSF en Chile

4 Junio 2019

El 2 de julio de 2019, un eclipse solar total se producirá sobre Chile y Argentina, y gracias a un golpe de suerte astronómico, el camino de la totalidad cruzará directamente sobre el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) ubicado en las laderas de los Andes a 7,241 pies (2200 metros) sobre el nivel del mar en la región de Coquimbo en el norte de Chile. Cinco equipos de ciencia elegidos por el Observatorio Solar Nacional de la NSF realizarán experimentos en Cerro Tololo durante el eclipse; cuatro de ellos tendrán su equipo entrenado en la esquiva corona del Sol y uno estudiará los efectos del eclipse en la Tierra.

La Corona del Sol

A lo largo de la historia, los eclipses solares totales han asombrado a la humanidad. Los mitos y leyendas de eclipses de muchas culturas los representan como eventos divinos, fortuitos o incluso siniestros. Hoy entendemos la ciencia detrás de por qué ocurren los eclipses solares totales. Pero aún podemos aprender mucho sobre el Sol durante los breves minutos de totalidad, cuando el Sol está completamente bloqueado por la Luna. Para los científicos, un eclipse total de Sol ofrece una rara oportunidad de estudiar una parte del Sol que normalmente no ven, su corona interior.

La corona es una región de magnetismo y gases extraordinariamente calientes que constituyen la parte más externa de la atmósfera del Sol. Tiene propiedades misteriosas que aún tenemos que entender, como por qué es extremadamente caliente, más caliente que la superficie del Sol. Es especialmente difícil de estudiar porque es menos densa y millones de veces más tenue que el disco visible del Sol y, por lo tanto, es difícil de ver a la luz del Sol. Sin embargo, cuando el disco brillante del Sol está completamente cubierto por la Luna, como en un eclipse solar total, podemos ver su corona brillando.

Los científicos estudian la corona porque es importante para predecir el clima espacial, un fenómeno que potencialmente puede dañar nuestras redes eléctricas, telecomunicaciones y satélites. El clima espacial ocurre cuando el Sol ocasionalmente arroja al espacio columnas magnéticas llamadas eyecciones de masa coronal. Si una de esas plumas está dirigida a la Tierra, podríamos experimentar interrupciones eléctricas y de telecomunicaciones, como la súper tormenta solar de 1859 conocida como el evento de Carrington, que quemó los cables del telégrafo en todo el mundo. Estas tormentas magnéticas conllevan un riesgo mucho mayor hoy en nuestro mundo dependiente y conectado electrónicamente.

Cada uno de los siguientes cinco equipos científicos aprovechan los 2 minutos y 6 segundos de la totalidad en Cerro Tololo para aumentar nuestra comprensión de los misterios del Sol y su impacto en la Tierra.

Observaciones de más de 20 años

Un equipo internacional liderado por Jay Pasachoff (Williams College) tomará imágenes de la corona del Sol como una continuación de un experimento iniciado en la década de 1990. El experimento medirá el color, la forma y la temperatura actuales de la corona.

Pasachoff explicó por qué ha estado haciendo este experimento durante tantos años: “El Sol varía de un día a otro y también a lo largo del ciclo solar de 11 años. Cada vez que vislumbramos el Sol durante un eclipse total de Sol, solo un par de minutos cada 18 meses aproximadamente, nos brinda un conjunto diferente de características para observar. Uno de nuestros intereses es comprender las erupciones en el Sol que podrían dañar a todos los satélites que ahora orbitan alrededor de la Tierra, de modo que cuando medimos las velocidades de las eyecciones de masa coronal que a veces vemos en los eclipses, nuestro trabajo puede tener importantes implicaciones de seguridad para nosotros en la Tierra.”

La ubicación de las grandes estructuras coronales llamadas serpentinas (regiones puntiagudas que aparecen en la mayoría de las imágenes de la corona por las que se sabe) varía a lo largo del ciclo solar. El eclipse de 2019 ocurre durante un mínimo de 11 años de ciclo solar, una época en que las erupciones solares son poco frecuentes y el Sol parece estar en calma. Los eclipses que se están produciendo cerca del mínimo del ciclo solar, como este, proporcionarán al equipo de Pasachoff una vista excepcional de las plumas solares polares: mechones de campo magnético abierto que emanan de los polos solar norte y sur, que están ocultos a nuestra vista por altas serpentinas de latitud en otros eclipses. "También espero comparar nuestras observaciones de la corona tomada durante el eclipse (y combinadas posteriormente en las computadoras) con las predicciones que hacen los colegas antes del eclipse basado en el campo magnético y las manchas solares del Sol durante el mes anterior", explica Pasachoff.

La temperatura general de la corona también cambia con el ciclo de manchas solares de 11 años. El equipo utilizará observaciones de hierro sobrecalentado para seguir la temperatura general de la corona a lo largo del ciclo de manchas solares.

Pasachoff agregó: "Tenemos la esperanza de que la observación desde los 7.241 pies (2.200 metros) de altitud del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo de la NSF nos brinde una visión especialmente clara de la corona.”

Los Sherpas del Viento Solar de Hawaii

Shadia R. Habbal (Universitdad de Hawaii) liderará un equipo internacional llamado “Sherpas del Viento Solar” que estudiará la corona del Sol desde tres ubicaciones diferentes en toda América del Sur. Los sitios incluyen Cerro Tololo y dos ubicaciones en Argentina.

El equipo utilizó con éxito esta estrategia de observación en varios sitios durante el eclipse total del 21 de agosto de 2017 en los Estados Unidos, con cinco sitios de observación que abarcaron 1,200 millas (1,931 kilómetros). La estrategia, con instrumentos idénticos en cada sitio, maximiza las posibilidades de observaciones en caso de mal tiempo en cualquier sitio. También permite a los equipos realizar un seguimiento de los cambios en las estructuras coronales que se producen en un plazo muy corto. El objetivo del equipo para 2019 es aumentar el conjunto de imágenes y espectrómetros utilizados en 2017, e incluir longitudes de onda de luz adicionales que no se han observado hasta el momento.

Habbal explicó: "Exploraremos la física de la corona solar a través de imágenes y espectroscopia (dividiendo la luz en sus longitudes de onda componentes). Contamos con varios sistemas de telescopios con filtros especiales para aislar la emisión de diferentes elementos en la corona, principalmente hierro, argón y níquel. Nuestros espectrómetros nos permitirán detectar movimientos en la corona. Nuestras imágenes de luz blanca producirán imágenes de resolución espacial muy alta de todas las estructuras coronales ".

Las imágenes de longitud de onda múltiple y las mediciones espectroscópicas pueden detectar la composición química, la temperatura, la densidad, los movimientos no térmicos y las salidas de las diferentes partes de la corona. Estas mediciones permiten al equipo explorar la dinámica y la termodinámica de la corona cerca de la superficie solar. Esta es la región de la corona donde se producen los mayores cambios en el campo magnético solar, y donde el viento solar y las eyecciones de masa coronal se originan y aceleran.

Este eclipse será único, dijo Habbal, “porque ocurre a última hora de la tarde y el Sol estará a muy baja altura. Además, el Sol está cerca del mínimo solar, por lo que la distribución de las estructuras en la corona solar será diferente a la de hace 2 años (2017) ".

Ciencia Ciudadana de Japón

El equipo de Yoichiro Hanaoka del Observatorio de Ciencia Solar del Observatorio Astronómico Nacional de Japón también está realizando observaciones en varios sitios en Chile y Argentina. Este equipo realizará observaciones de la corona cerca de la superficie del Sol que llenará un área no visible para los observatorios a bordo de vehículos espaciales como LASCO y STEREO de la NASA. Hanaoka luego combinará los datos de las observaciones espaciales y terrestres para construir una imagen completa de la corona.

Hanaoka comentó: “Vamos a colaborar con observadores aficionados, ampliamente distribuidos a lo largo del camino del eclipse total en Chile y Argentina, para organizar observaciones en múltiples sitios. Al combinar todas estas observaciones, podemos rastrear las variaciones de tiempo de la corona. Será un gran logro para la ciencia ciudadana.”

El Equipo de UCAR Explora los Campos Magnéticos

Un equipo dirigido por el investigador de UCAR Paul Bryans investigará el campo magnético de la corona del Sol. Las estructuras magnéticas en la corona desempeñan un papel fundamental en la causa de los eventos explosivos que contribuyen al clima espacial y sus efectos en la Tierra. Medir la orientación del campo magnético puede ayudar a comprender el sistema Tierra-Sol y, en última instancia, ayudar a predecir qué es lo que impulsa los eventos del clima espacial. Sin embargo, las mediciones confiables del campo magnético en la corona están entre los problemas más desafiantes de la física solar observacional.

Bryans explicó cómo planea tomar estas medidas durante el eclipse: “Si medimos la intensidad o el brillo de la luz que proviene del Sol, podemos decir muchas cosas al respecto: cuán caliente es y cuán densa. Pero la única forma de medir el campo magnético es medir la polarización de la luz. Haremos esto en el eclipse usando polarizadores en nuestro telescopio. Funcionan exactamente de la misma manera que las gafas de sol, bloqueando la luz que está polarizada en cierta dirección. Al rotar estos polarizadores, podemos juntar la forma del campo magnético en el Sol. Esto nos ayudará a comprender qué tipos de configuraciones de campo magnético pueden llevar a eventos eruptivos.”

Estudiando la Corona en el Futuro

"El 2 de julio, el financiamiento de la NSF permitirá a los científicos aprovechar la preciosa oportunidad de un eclipse solar total para estudiar la corona del Sol", explicó el Director del Programa de la NSF, David Boboltz, "Pero el próximo año, los científicos ya no tendrán que esperar a que se produzca un eclipse para participar en una investigación de vanguardia. El Telescopio Solar Daniel K. Inouye de NSF, que comienza a operar en 2020, permitirá obtener imágenes directas de la corona solar en cualquier momento, arrojando luz sobre cuestiones fundamentales relacionadas con los campos magnéticos solares y el calentamiento a más de un millón de grados del plasma coronal.”

Cambios en la Tierra durante un Eclipse Solar Total

Un equipo no estará observando la corona del Sol durante el eclipse solar total, sino que observará los cambios que se están produciendo aquí en la Tierra. El equipo de M. Serra-Ricart, del Instituto de Astrofísica de las Islas Canarias, observará cambios en la atmósfera de la Tierra, incluidas las caídas de temperatura y la carga de la ionosfera, la capa de la atmósfera de la Tierra que hace posible la recepción de radio de larga distancia en la noche .

M. Serra-Ricart explicó: “Un eclipse solar total produce un área amplia y redonda de oscuridad y una luz solar muy reducida que atraviesa la atmósfera de la Tierra en un camino relativamente estrecho durante el día. "Su efecto en la intensidad de la radiación solar es notablemente similar a lo que ocurre al amanecer y al atardecer, y crea cambios en la atmósfera de la Tierra que queremos medir".

Los observadores de eclipses solares totales sienten la dramática caída de la temperatura cuando el Sol está completamente cubierto por la Luna. El equipo hará un seguimiento de cuánto y qué tan rápido cambia la temperatura durante el eclipse en Cerro Tololo. También realizarán un seguimiento de los cambios en la ionosfera para comprender mejor cómo afecta a la recepción de radio de larga distancia nocturna.

“La pérdida de luz solar debido al paso de la sombra de la luna durante el eclipse producirá brevemente una noche como la ionosfera. Pero es considerablemente diferente a la noche ordinaria. La sombra de la luna es relativamente pequeña en la Tierra y viaja a velocidades supersónicas. Es probable que produzca algunos efectos interesantes que podrían detectarse en radios comunes o receptores pequeños”, agregó M. Serra-Ricart. “Aunque los efectos ionosféricos de los eclipses solares se han estudiado durante más de 50 años, quedan muchas preguntas sin responder. Sabemos aproximadamente cómo sucede esto, pero no precisamente. El eclipse les dará a los investigadores la oportunidad de examinar el proceso de carga y descarga casi en tiempo real.”

Además de los experimentos científicos, el equipo también transmitirá un video en vivo del eclipse en YouTube Live, FaceBook y Periscope.

Más Información

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (en cooperación con SLAC National Accelerator Laboratory del DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.

Acerca de Cerro Tololo

El Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO) es un complejo de telescopios e instrumentos astronómicos ubicados a 30.169 S, 70.804 W, aproximadamente 80 km al este de La Serena, Chile, a una altitud de 2200 metros. El complejo forma parte del Observatorio Nacional de Astronomía Óptica (NOAO) junto con el Observatorio Nacional de Kitt Peak (KPNO) en Tucson, Arizona. Los principales telescopios son el telescopio Victor M. Blanco de 4 m y el telescopio de Investigación Astrofísica del Sur (SOAR) de 4,1 m, dedicado en abril de 2004. NOAO es operado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA), que también opera el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial y el Observatorio Gemini. Uno de los dos telescopios de 8 m que comprende el Observatorio Gemini está ubicado junto con CTIO en la propiedad AURA en Chile. La Fundación Nacional de Ciencias (NSF) es la agencia financiadora de NOAO. La sede del Observatorio se encuentra en La Serena, Chile, a unas 300 millas al norte de Santiago.

Acerca del Observatorio Solar Nacional

El Observatorio Solar Nacional (NSO) es el centro nacional de física solar en tierra en los Estados Unidos (www.nso.edu) y es operado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con la División de Ciencias Astronómicas dela Fundación Nacional de Ciencias.

Acerca de AURA

La Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) es un consorcio de 46 instituciones estadounidenses y 4 afiliadas internacionales que opera observatorios astronómicos de clase mundial para la Fundación Nacional de Ciencia y la NASA. El rol de AURA es establecer, nutrir y promover observatorios públicos e instalaciones que promuevan la investigación astronómica innovadora. Además, AURA está profundamente comprometido con la divulgación pública y educativa, y con la diversidad en toda la fuerza laboral astronómica y científica. AURA desempeña su papel a través de sus instalaciones astronómicas.

AURA es responsable de la gestión y el funcionamiento exitoso de sus cinco centros: el Observatorio Gemini; el Gran Telescopio de Exploración Sinóptica (LSST); el Observatorio Nacional de Astronomía Óptica (NOAO); el Observatorio Solar Nacional (NSO); y el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI).

La Fundación Nacional de la Ciencia (NSF) es una agencia federal independiente creada por el Congreso en 1950 para promover el progreso de la ciencia.

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