¿Por qué el plasma es la corona del eclipse solar?



Corona de plasma del eclipse total de sol
Corona de plasma del eclipse total de sol

El lunes 21 de agosto, la gente en los Estados Unidos tuvo la oportunidad de dirigir su mirada hacia el cielo para ver la luna eclipsar el sol. Aquellos en el camino de la totalidad vislumbraron un eclipse total del sol. Millones de estadounidenses se pusieron sus gafas especiales y cruzaron los dedos para obtener unas condiciones de visión perfectas. Pero pocos pueden darse cuenta de que los rayos de luz que ven emanando alrededor del disco solar borrado son columnas de gas caliente y cargado llamado plasma de la corona del sol. O la atmósfera exterior – una visión extremadamente rara.

Ese plasma alimenta las llamaradas solares y el clima espacial que afectan a las redes eléctricas y sistemas de comunicaciones en la Tierra. Y continúa revelando misterios que todavía no se han resuelto. El plasma constituye el 99,99% de la materia visible en el universo, las estrellas y las galaxias. Y también existe en muchas formas en nuestro planeta. Tiene la promesa de cambiar potencialmente cómo pensamos y aprovechamos la energía, cómo exploramos el sistema solar, e incluso cómo podemos tratar el cáncer y otras enfermedades.

Los físicos de plasma, que estudian el sol, exploraron en la visualización del eclipse’. Sin duda aprenderán más sobre la naturaleza fundamental de esta extraña sustancia que, a diferencia de los gases ordinarios, está ionizada o cargada. Y por lo tanto es considerada como un cuarto estado de la materia.

Estableciendo el estado del plasma

El campo de la física del plasma es relativamente joven. Ya que este estado no fue identificado hasta 1879, cuando fue referido como “materia radiante”. Por el científico inglés Sir William Crookes. En 1928 se le dio el nombre de “plasma”. Ahora sabemos que el plasma está presente en objetos que abarcan un espectro de escalas. Desde fuentes de radiación de nanoescala finamente diseñadas. Hasta lámparas halógenas familiares y bombillas fluorescentes. Hasta supernovas y conjuntos de galaxias.

Los procesos que involucran el plasma también se extienden a grandes escalas de tiempo. Desde el attosegundos (un quintilésimo de segundo), como las interacciones partículas láser de rayos X – 10 ^ 18 pueden ocurrir en un solo segundo. A la regeneración y evolución de los campos magnéticos solares en un ciclo de 22 años.  A la formación de galaxias durante cientos de millones de años.

Los investigadores han aprovechado los elementos comunes que subyacen a esa amplia gama de procesos para obtener nuevos conocimientos y aprovechar la potencia del plasma. Estos estudios se han convertido en la base de muchas aplicaciones tecnológicas. Como el diseño de microchips, imágenes médicas, tratamientos contra el cáncer, propulsión espacial y mejor predicción del tiempo espacial. La investigación del plasma también ha inspirado diseños para la tecnología controlada de la energía de la fusión. Una fuente ambientalmente limpia y virtualmente ilimitada de la energía.

Capturando la corona

Para los que estuvieron en la trayectoria de la totalidad, el eclipse solar reveló la complejidad y la belleza de la corona solar. Los campos magnéticos en el sol producen los bucles y picos de plasma que se lanzan desde la corona. Algo que los astrónomos que utilizan telescopios terrestres y espaciales de alta tecnología observan diariamente. El eclipse proporcionará la oportunidad de ver toda esa actividad con el brillo del disco solar eliminado. (Normalmente, el brillante disco solar domina el resplandor de la atmósfera exterior del sol).

Sin embargo, los investigadores también recrean y estudian esos mismos procesos físicos en miniatura en laboratorios en todo el mundo. Una asociación en curso de dos décadas entre la National Science Foundation y el Departamento de Energía de los Estados Unidos está impulsando la exploración del plasma en todas sus formas. Y está ayudando a entender el plasma como nunca antes.

¿Por qué la corona del sol es más de 100 veces más caliente que su superficie?

Varios de estos estudios están ayudando a resolver un misterio solar de larga data. ¿Por qué la corona del sol es más de 100 veces más caliente que su superficie? La solución al misterio de la temperatura del sol probablemente comienza con su dínamo magnético. El plasma turbulento que fluye en el denso interior del sol – el miasma del plasma incandescente con la fama de “Podrían ser gigantes” – genera campos magnéticos enmarañados que emergen, se expanden y se desenredan en la corona. A medida que lo hacen, la energía de los campos magnéticos se convierten en calor. Calor que se libera de manera dramática en el plasma tenue de la corona a través de un sinfín de ondas, choques y llamaradas que podemos observar fácilmente con los telescopios modernos.

Sin embargo, las respuestas a muchas preguntas acerca de cómo interactúan el plasma y los campos magnéticos para calentar la corona y producir las llamaradas permanecen desconocidas. Una combinación de observaciones cada vez mejores, modelos informáticos altamente sofisticados y los avances teóricos críticos continúan mejorando nuestra capacidad de explicar por qué el sol y, en última instancia, el ambiente espacial de la Tierra son como son.

Aprovechando la fusión

El proceso de la turbulencia del plasma magnetizado no es exclusivo del sol. Desempeña un papel igualmente importante en la formación de las galaxias, los vientos solares y estelares. Y puede convertirse en una de las aplicaciones sociales más grandes de la física del plasma. La energía de fusión controlada.

Desde que Estados Unidos probó por primera vez la bomba de hidrógeno -un dispositivo de fusión escalonada- hace 65 años en una isla del Océano Pacífico, los científicos han soñado con aprovechar esa misma energía de fusión, que también controla el núcleo del sol de manera controlada para fines pacíficos. Hoy en día, varios conceptos de reactores de fusión se están persiguiendo en todo el mundo como una alternativa más segura a las centrales nucleares.

La mayoría de estos conceptos se basan en la capacidad de confinar un plasma de fusión dentro de campos magnéticos. Una de las claves del éxito será aprender a aprovechar las lecciones de la naturaleza para calentar y controlar el plasma, de la misma manera que, a una escala mucho mayor, el plasma es calentado y organizado en estructuras bien definidas en la corona del sol.

Continuando la búsqueda de la física del plasma

Explorar la naturaleza desde la perspectiva de la física del plasma nos permite revisitar los fundamentos mismos de la forma en que funciona el universo y de lo que creemos que entendemos, promoviendo así el desarrollo tecnológico.

El 21 de agosto, pasó el eclipse total de sol total, durando hasta 2 minutos y 40 segundos por cada área de visualización. Y cruzando el país en unos 90 minutos. Después, muchos televidentes se quitaron sus gafas de eclipse, publicaron fotos en los medios sociales y siguieron adelante.

Sin embargo, para muchos físicos de plasma, significó un día especial. Los científicos habrán recopilado un nuevo conjunto de datos sólidos sobre la corona. Y todos habremos dado otro paso para desarrollar una comprensión más completa de este estado fundamental de la materia y su lugar en el universo.


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