Una història torçada de les taques solars

Una de les majors preguntes en astronomia solar pot tenir una resposta després de més de 400 anys, gràcies a un equip curiós d’investigadors alemanys. Cada onze anys, la població de taques solars vistes a la superfície de l'estrella local arriba al màxim, abans de morir. Aleshores comença a aparèixer una altra població de taques solars (aquesta vegada amb els seus pols invertits del cicle anterior) abans que s’apareguin i s’esvaeixen. Pot ser que aquest procés sigui conegut, però la raó d’aquests cims d’11 anys ha estat encara un misteri, fins ara.

Un nou estudi suggereix que el camp magnètic del Sol es pot veure afectat per les forces gravitacionals de Venus, la Terra i Júpiter, resultant en el cicle cíclic de les taques solars. Els investigadors van comparar els cicles solars amb les posicions dels planetes, trobant les forces gravitacionals d'aquests tres mons actua com un rellotge còsmic, regulant el cicle solar.

“Hi ha un nivell de concordança sorprenentment alt: el que veiem és un paral·lelisme complet amb els planetes al llarg de 90 cicles. Tot apunta a un procés puntual ”, va explicar Frank Stefani, de l’institut de recerca alemany Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).

El cicle de taques solars es pot veure fàcilment en aquest gràfic, produït per la NASA el 2017. Actualment, estem en un punt més baix del cicle. Crèdit d'imatge: NASA / ARC / Hathaway

Heu perdut un lloc allà mateix

Les taques solars es van veure per primera vegada entre els anys 1610 i 1611, els anys posteriors a la invenció del telescopi. Tot i que a Galileu se li sol acreditar el descobriment, diversos astrònoms pioners de l'època van informar de trobar els diferents punts foscos de la Lluna al mateix temps.

Una taca solar, vista per l’Observatori de la Dinàmica Solar (SDO) demostra el seu potent camp magnètic. Crèdit d'imatge: Centre de vol espacial Goddard / SDO de la NASA

La publicació del primer article que reconeixia aquestes característiques, de l’astrònom holandès Johannes Fabricius, va commocionar el fanal de la societat del començament del segle XVII, que sempre va creure en un sol perfecte, immutable.

De Maculis in Sole observatis et Apparente earum cum Sole Conversione Narratio (narració a les taques observades al sol i la seva rotació aparent amb el sol), publicat el juny de 1611, va ser el primer article científic publicat que descriu les taques solars. Imatge de domini públic.

"En aquell moment, la gent creia que el sol era un cos perfecte inviolat, inalterable. El que va fer gent com Fabricius i Galileu va ser demostrar que aquestes taques viatjaven per la superfície i que el sol girava ”, descriu el físic solar Keith Strong del Centre Espacial Goddard de la NASA.

Tothom s'alinea!

La major força gravitatòria dels planetes al Sol es produeix una vegada cada 11,07 anys, quan Venus, la Terra i Júpiter s’alineen. L’extracció gravitatòria d’aquest arranjament dóna lloc a forces de marea al Sol, similar a la manera com la nostra pròpia Lluna dibuixa oceans cap amunt, creant marees.

Aquest efecte no és prou fort com per afectar l’interior del nostre company estel·lar, de manera que prèviament es va passar per alt la sincronització d’aquest alineament en estudis anteriors sobre cicles de taques solars. Tanmateix, un efecte físic conegut com a inestabilitat de Tayler és capaç d’alterar el comportament dels líquids conductors o d’un plasma.

La inestabilitat de Tayler altera la velocitat de flux de material (el flux) en un objecte, com el Sol, i pot afectar camps magnètics. Aquest efecte es pot desencadenar per moviments relativament petits en materials com el plasma que es troba a la superfície del Sol. Degut a aquest efecte, aquestes forces de marea relativament menors poden alterar la relació de les taques solars amb la seva direcció de viatge. Aquesta mesura, coneguda com l’helicicitat d’una regió de plasma, altera la dinamo solar (el procés físic que genera el camp magnètic de la nostra estrella matriu).

El Sol, així assentat, per les lleis mecàniques, dibuixa la Terra i cada planeta llunyà;
Per quina atracció tots els planetes trobats, al seu abast, es troben girats a la rodona d'Eter.
- Richard Blackmore, En creació: un poema filosòfic a set llibres

“Els camps magnètics són una mica com les bandes de goma. Consisteixen en llaços continus de línies de força que tenen tant tensió com pressió. Igual que les bandes de goma, els camps magnètics es poden reforçar estenent-los, retorçant-los i plegant-los de nou. Aquest estirament, retorçament i plegament es fa pels fluxos de líquids al Sol ", explica el Centre Espacial de Vol de Marshall.

Stefani tenia els seus dubtes sobre si les forces de marees dels planetes podien alterar un esdeveniment tan potent com la dinamo solar. No obstant això, un cop es va adonar que la inestabilitat de Tayler podria proporcionar el desencadenant del procés, Stefani i el seu equip van començar a desenvolupar una simulació informàtica per modelar el procés.

"Em vaig preguntar: què passaria si es produís un plasma afectat per una petita pertorbació mareal? El resultat va ser fenomenal. L’oscil·lació va ser realment emocionada i es va sincronitzar amb la sincronització de les pertorbacions externes ”, explica Stefani.

Sol, Spot, Sol!

El moviment del sol és complex, amb múltiples efectes que contribueixen a la seva complexa dansa. A mesura que gira el sol, l'equador es mou més ràpid que el material a prop dels pols. En un procés conegut com a efecte omega, les línies del camp magnètic del Sol s’estiren i s’estenen a prop de l’equador, creant una corba en direcció a l’equador solar.

Un efecte alfa poc entès afecta llavors les línies magnètiques, empenyent-les cap a la seva alineació original, donant lloc a un trencament de les línies de força.

Les línies magnètiques es poden veure a sobre de les taques solars en aquesta imatge de partícules carregades, capturades en llum ultraviolada extrema. Crèdit d’imatge: NASA / GSFC / Solar Dynamics Observatory

Aquestes accions creen les zones fredes i fosques que coneixem com a taques solars. Mentre que la major part de la superfície del Sol brilla al voltant de 5.500 graus centígrads (9.900 Fahrenheit), les taques solars es mantenen en un nivell relativament fresc de 3.200 centígrads (5.800 Fahrenheit). Les taques solars encara són força brillants, només semblen fosques en el teló de fons de la superfície solar.

Aquest nou model, que plega les forces de marea en els complexos processos de la dinamo solar, podria explicar diverses preguntes que tenen astrònoms i físics sobre la dinamo solar i com afecta la nostra estrella progenitora.

El Parker Solar Probe es troba actualment en òrbita al voltant del Sol, amb la missió d’estudiar el nostre company estel·lar a prop. Aquest programa podria respondre a una multitud de misteris relacionats amb el Sol durant els propers anys.