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| "Tormentas desde el Sol" por NASA Goddard Photo and Video está licenciado con CC BY 2.0 |
Investigación de técnicas de teledetección para revelar eyecciones de masa coronal furtivas
Resumen
Las erupciones de eyecciones de masa coronal (CME) del Sol suelen estar asociadas a una serie de firmas que pueden identificarse en las imágenes del disco solar. Sin embargo, hay casos en los que una CME bien observada en los datos de los coronógrafos carece de una clara contrapartida coronal baja. Estos eventos han recibido atención durante los últimos años, principalmente como resultado de la mayor disponibilidad de observaciones multipunto, y ahora se conocen como "CMEs furtivas". En este trabajo, analizamos ejemplos de CME sigilosas que presentan varios niveles de ambigüedad. Todos los casos seleccionados produjeron una CME a gran escala detectada por coronógrafos y fueron observados desde al menos un punto de vista secundario, lo que permitió conocer a priori su región de origen aproximada. A cada evento le aplicamos varias técnicas de procesamiento de imágenes y geométricas con el objetivo de evaluar si dichos métodos pueden proporcionar información adicional en comparación con el estudio de imágenes de intensidad "normal". Somos capaces de identificar al menos débiles firmas eruptivas para todos los eventos tras una cuidadosa investigación de los datos de teledetección, señalando que pueden ser necesarias imágenes procesadas de forma diferente para interpretar y analizar adecuadamente las observaciones elusivas. También descubrimos que la eficacia de las técnicas geométricas depende en gran medida de la dirección de propagación de la CME con respecto a los observadores y de la separación relativa de las naves espaciales. Ser capaz de observar y, por tanto, pronosticar las CME sigilosas es de gran importancia en el contexto de la meteorología espacial, ya que tales eventos son ocasionalmente las contrapartidas solares de las llamadas "tormentas geomagnéticas problemáticas".
El 23 de julio de 2012, la humanidad se libró de un desastre tecnológico y económico. Una nube difusa de plasma magnetizado con forma de juguete de decenas de miles de kilómetros fue lanzada desde el Sol a una velocidad de cientos de kilómetros por segundo.
Esta eyección de masa coronal (CME) no llegó a la Tierra porque su origen en el Sol estaba orientado en ese momento en sentido contrario a nuestro planeta. Si hubiera chocado con la Tierra, los satélites podrían haber quedado inutilizados, las redes eléctricas de todo el mundo no funcionaban, los sistemas de GPS, los coches autoconducidos y los aparatos electrónicos se habrían atascado, y las vías férreas y las tuberías habrían resultado dañadas. El coste de los daños potenciales se ha estimado entre 600.000 millones de dólares y 2,6 billones de dólares solo en Estados Unidos.
Mientras que las CME tan grandes como la de 2012 son raras, las de menor tamaño causan daños en la Tierra aproximadamente una vez cada tres años. Las CME necesitan entre uno y varios días para llegar a la Tierra, lo que nos deja algo de tiempo para prepararnos para la posible tormenta geomagnética. Los esfuerzos actuales para limitar cualquier daño incluyen la orientación de los satélites fuera del camino del daño o la reorientación de la carga de energía de las redes eléctricas. Pero muchas CME -llamadas "CME sigilosas" porque no producen ninguna señal clara cerca de la superficie del Sol- no se detectan hasta que llegan a la Tierra.
Ahora, un equipo del Instituto Internacional de Ciencias Espaciales (ISSI) formado por científicos de EE.UU., Bélgica, Reino Unido e India ha demostrado cómo detectar CME sigilosas potencialmente dañinas, rastrearlas hasta su región de origen en el Sol, extrapolar su trayectoria y predecir si chocarán con la Tierra. Los resultados se han publicado recientemente en la revista Frontiers in Astronomy and Space Sciences.
Visualizar lo invisible
(Palmerio et al., Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 2021)
Arriba: Cuatro tiempos y técnicas de imagen diferentes capturan la CME del 3 de marzo de 2011. La fila superior utiliza imágenes de intensidad; la segunda fila utiliza la diferenciación de imágenes con una separación temporal fija; la tercera fila utiliza la ecualización de paquetes de ondas (WPE); y la cuarta fila utiliza la normalización gaussiana multiescala (MGN). Las regiones de oscurecimiento y aclaramiento se indican con flechas y la región activa AR 11165 está rodeada por una flecha en la primera columna.
"Las CME sigilosas siempre han planteado un problema, porque suelen originarse a mayor altura en la corona solar, en regiones con campos magnéticos más débiles. Esto significa que, a diferencia de las CME normales -que suelen aparecer claramente en el Sol como atenuaciones o brillos-, las CME sigilosas sólo suelen ser visibles en dispositivos llamados coronógrafos diseñados para revelar la corona", explica la autora correspondiente, la Dra. Erika Palmerio, investigadora del Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de California en Berkeley.
"Si se ve una CME en un coronógrafo, no se sabe de qué parte del Sol procede, por lo que no se puede predecir su trayectoria y no se sabrá si golpeará la Tierra hasta que sea demasiado tarde".
Palmerio continuó: "Pero aquí demostramos que muchas CME sigilosas pueden, de hecho, detectarse a tiempo si se adaptan los métodos de análisis actuales para la teledetección. En pocas palabras, comparamos las imágenes de teledetección "simples" del Sol con la misma imagen tomada entre ocho y 12 horas antes, para captar cambios muy lentos en la corona inferior, hasta 350.000 km de la superficie del Sol. En muchos casos, estas "imágenes de diferencia" revelaron pequeños cambios, antes pasados por alto, en los bucles de campos magnéticos y plasma que son lanzados desde el Sol. A continuación, nos acercamos a ellos con otro conjunto de técnicas de imagen para analizar más a fondo el origen aproximado de la CME sigilosa, y predecir si se dirige hacia la Tierra".
Las CME sigilosas dejan señales que pasan desapercibidas
Palmerio y sus colaboradores analizaron cuatro CME sigilosas que se produjeron entre 2008 y 2016. Inusualmente para las CME sigilosas, su origen en el Sol sólo se conocía aproximadamente porque la nave espacial gemela STEREO de la NASA, lanzada en 2006, las había captado por casualidad "fuera de la órbita". Esto significa que se vio fuera del disco solar desde otro ángulo que desde la Tierra.
Con las nuevas técnicas de imagen, los autores revelaron diminutas atenuaciones y brillos no detectados anteriormente en el Sol en la región de origen de las cuatro CME sigilosas. Concluyen que la técnica puede utilizarse para la detección precoz de CME sigilosas de riesgo.
"Este resultado es importante porque nos muestra lo que debemos buscar si queremos predecir el impacto en la Tierra de las erupciones solares", dijo Palmerio.
"Otro aspecto importante de nuestro estudio -el uso de técnicas geométricas para localizar la región de origen aproximada de una CME y modelar su estructura tridimensional a medida que se expande y se acerca a la Tierra- sólo podrá ponerse en práctica cuando dispongamos de más observatorios dedicados con diferentes perspectivas, como la nave espacial STEREO".
Los autores predicen que el nuevo Solar Orbiter de la Agencia Espacial Europea, lanzado en febrero de 2020, ayudará a ello, al igual que otras iniciativas similares que actualmente discuten investigadores de todo el mundo.
"Los datos de más observatorios, analizados con las técnicas desarrolladas en nuestro estudio, también podrían ayudar con un reto aún más difícil: detectar las llamadas 'CME súper sigilosas', que ni siquiera aparecen en los coronógrafos", afirma el coautor, el Dr. Nariaki V Nitta, investigador principal del Laboratorio Solar y de Astrofísica de Lockheed Martin, en Palo Alto (Estados Unidos).
Fuentes, créditos y referencias:
Artículo de la revista relacionado
http://dx.doi.org/10.3389/fspas.2021.695966
Créditos a Eurekalert