Solar Orbiter y los polos del Sol: una nueva era en la física solar

De las innumerables misiones espaciales que exploran el sistema solar, una se ha elevado por encima de todas las demás, en sentido literal. El Solar Orbiter, lanzado en 2020, ha llegado a donde ninguna otra nave espacial se había atrevido a ir. Mediante audaces maniobras, se liberó del plano eclíptico para dirigir sus sensores hacia territorios inexplorados: los polos del sol. En marzo de 2025, esta última frontera de nuestra estrella, durante tanto tiempo esquiva, finalmente quedó a la vista. Esta apasionante misión solar es un esfuerzo conjunto en el que mi país natal, Bélgica, desempeña un papel destacado.

Por Kathelijne Bonne. Este artículo fue publicada por primera vez en la revista científica belga EOS Wetenschap. Edición española: Silvia Zuleta Romano. 

Para comprender lo que Solar Orbiter revelará sobre las regiones polares del sol, EOS Wetenschap habló con dos destacados físicos solares, ambos de Bélgica: Anik De Groof, directora de la misión Solar Orbiter de la ESA, y David Berghmans, del Real Observatorio de Bélgica, científico jefe del instrumento EUI (Extreme Ultraviolet Imager) de Solar Orbiter, que explora la corona solar.

Preguntas sin resolver sobre el Sol

Los procesos que tienen lugar en los polos del Sol podrían ayudar a responder algunas de las preguntas más fundamentales – y aún sin resolver – sobre lo que ocurre en el sol y a su alrededor. Por ejemplo, aún no sabemos realmente cómo se genera el campo magnético a lo largo del ciclo solar, por qué se acelera el viento solar y por qué la corona – la delgada atmósfera exterior del Sol, solo visible durante un eclipse total – es mucho más caliente que el propio sol.

El Solar Orbiter, dirigido por la Agencia Espacial Europea (ESA) con una fuerte participación de la NASA, es principalmente una misión científica: su objetivo es desvelar estos misterios. A bordo, la nave espacial lleva diez instrumentos diseñados para apoyar este esfuerzo. Además de la ciencia fundamental, el nuevo flujo de información también ayudará a mejorar las predicciones del clima espacial y sus efectos en la Tierra.

Solar Orbiter ve los polos del sol por la primera vez

Anik De Groof, David Berghmans y sus compañeros de trabajo fueron de los primeros terrícolas en ver los polos de nuestra estrella, incluso antes de que las imágenes inundaran los medios de comunicación. El polo sur del sol se hizo visible por primera vez el 22 de marzo de 2025, cinco años después del lanzamiento del Solar Orbiter y solo unos días después de una maniobra de honda muy arriesgada (véase más adelante). Las cosas se pondrán aún más emocionantes, porque aún quedan por venir más de diez sobrevuelos de los polos.

En años anteriores, el Solar Orbiter ya había proporcionado imágenes asombrosas del sol completo con una resolución más alta que nunca. "Puedes seguir ampliando la imagen y perderte en la superficie solar", comentó Anik. "No puedo dejar de mirar las imágenes", agregó David.

Pero lo que realmente ocurría en los polos seguía siendo territorio inexplorado en ese momento. Hasta marzo de 2025, cuando Solar Orbiter se sumergió audazmente por debajo del plano eclíptico – el plano en el que se encuentran los planetas y el sol – y observó el Sol desde un ángulo de 17 grados. ¿Qué hizo visible la nave espacial?

Sol extraño

"A primera vista, no vi nada inusual", dice Anik sobre sus primeras impresiones del polo sur. "Vi esas primeras imágenes en mi teléfono mientras hacía senderismo en la naturaleza. Era una imagen de baja resolución del Sol completo tomada por el Full Sun Imager del instrumento EUI (Extreme-Ultraviolet Imager)".

David pensó que el sol tenía un aspecto extraño en las primeras imágenes del polo sur, "sobre todo porque hasta ahora solo habíamos observado el sol desde el plano de la eclíptica. Solo habíamos visto el sol con el ecuador en el centro. Ahora vemos un sol ligeramente inclinado. Incluso me sentí un poco decepcionado porque no vimos ninguna estructura asombrante, como hexágonos o vórtices como los de los polos de Saturno o Júpiter, ni tampoco vimos erupciones o llamaradas solares como las que se producen más cerca del ecuador". 

Y después de esas primeras imágenes, el satélite se alejó de la Tierra, lo que provocó un retraso en la transferencia de datos. "Lo único que podíamos hacer era esperar nuevas imágenes y más detalles".

Caótica mezcla de polos

Unas semanas más tarde, comenzaron a llegar imágenes de mayor resolución. Las imágenes también se procesaron para facilitar su interpretación. "El instrumento PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager) observa el campo magnético. Vimos varios polos magnéticos pequeños, tanto positivos como negativos", informa Anik. 

"Las imágenes de alta resolución del EUI también mostraban mucha más estructura y detalle que las primeras imágenes generales. Los vídeos ya mostraban algo de movimiento. Y aunque somos cautelosos a la hora de no sobreinterpretar lo que vemos en este momento, ya podemos confirmar que, durante el máximo solar actual, no hay un único polo magnético grande. Por ahora, lo que vemos es más bien una mezcla caótica de polos, estructuras que recuerdan a otros lugares del sol".

Corona "tranquila" durante el máximo solar

"Lo que muestran las imágenes ultravioletas extremas del EUI en el polo sur", continúa David, "es en realidad una corona tranquila normal, una corona calma sin mucha actividad ni estructura. Si se examina más de cerca, este estado de calma en el polo es de esperar en el máximo solar. En este momento, nos encontramos en una fase activa del ciclo solar actual. 

En las imágenes del EUI, la actividad es visible principalmente en dos bandas situadas a unos 30° por encima y por debajo del ecuador solar. La polaridad magnética del sol está en proceso de inversión. La nueva polaridad aún no se ha estabilizado. Probablemente por eso solo vemos la "corona de fondo" en los polos. En realidad, esto es una buena noticia: vamos a ser testigos de cómo se desarrolla la nueva fase del ciclo solar. Durante los próximos vuelos sobre los polos, veremos cómo cambia gradualmente el paisaje solar".

"Por lo tanto, esperamos más avances emocionantes en los próximos meses y años, ya que Solar Orbiter pasará por cada polo al menos 14 veces. Nuestra visión de los polos es cada vez más clara a medida que Solar Orbiter ajusta su órbita a un ángulo más pronunciado con respecto a la eclíptica".

Asistencia gravitatoria con Venus

Lanzar una sonda espacial por encima de la eclíptica no es tarea fácil. Al fin y al cabo, hay una razón por la que la mayoría de los cuerpos celestes y las misiones espaciales se encuentran en un plano: es el mejor lugar desde el punto de vista energético. No hay energía a bordo para liberarse de forma independiente de la cómoda inercia del plano de la eclíptica. 

"El Solar Orbiter utiliza la gravedad de otros planetas, incluidos Venus y la Tierra, para curvar e inclinar su órbita. Para ello, realiza llamadas asistencias gravitatorias utilizando los planetas como hondas. Las imágenes que aparecieron en los medios de comunicación a partir de marzo son el resultado de la cuarta asistencia gravitatoria con Venus", afirma Anik.

"Esta cuarta y crucial maniobra gravitatoria, un sobrevuelo de alta precisión de Venus, era muy arriesgada. Tras pasar muy cerca de nuevo a la Tierra en 2021, el Solar Orbiter se acercó muchísimo a Venus el 18 de febrero de 2025, a una distancia angustiosa de 379 kilómetros de la superficie venusiana. Eso es más cerca de Venus que la Estación Espacial Internacional de la Tierra. Más cerca, más velocidad se alcanza. Pero también se vuelve más arriesgado debido a las peligrosas interacciones con Venus y su atmósfera".

Afortunadamente, la nave espacial navegó sin problemas a través de esta maniobra gravitatoria y emergió por debajo de la eclíptica con el polo sur del Sol a la vista. El Solar Orbiter "repostará" en Venus unas cuantas veces más para aumentar el ángulo de su trayectoria con cada órbita, hasta alcanzar un ángulo de 33 grados. La órbita también está diseñada para que el satélite esté más cerca del Sol que Mercurio en su perihelio y nunca más lejos del Sol que la Tierra. Esto permite al Solar Orbiter ver el Sol de cerca, así como estudiar el clima espacial en la heliosfera alrededor de la Tierra.

Cuando se le pregunta si el Solar Orbiter es la primera misión "fuera de la eclíptica", Anik responde que no. "En la década de 1990, la órbita de la misión Ulysses alcanzó un ángulo inmenso de 80 grados. Se utilizó el efecto catapulta del gigante Júpiter para ejecutar esta audaz maniobra cósmica".

"Sin embargo, lo innovador del Solar Orbiter es que se acerca mucho más al sol y, además, lo ve y lo fotografía literalmente. Ulysses tomó mediciones, incluidas las del viento solar, pero no "vio" el Sol". Solar Orbiter tiene varios ojos que miran directamente a la cara del Sol, a través de pequeños orificios en su escudo térmico. Y además de "ver", una forma de teledetección, algunos instrumentos también realizan mediciones in situ de partículas, ondas y radiación.

Agujeros coronales: ¿veremos cómo se forman?

La luz emitida por el Sol irradia un espectro continuo de ondas de radio, infrarrojos, rayos visibles, ultravioleta y rayos X. Al observar partes específicas de este espectro, se pueden estudiar distintos aspectos del Sol. Sin embargo, la radiación total es relativamente constante a lo largo de escalas de tiempo geológicas, y es por eso que tenemos un clima más o menos estable que ha permitido la vida compleja en la Tierra durante cientos de millones de años.

"Pero cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es la variación", afirma David Berghmans. "Esto es especialmente cierto en el caso de la radiación ultravioleta extrema, que nos permite ver la corona, la atmósfera exterior ultra caliente del Sol en la que se originan muchos procesos cruciales. La corona es muy cambiante. 

Tenía un aspecto completamente diferente en 2020, durante el mínimo solar anterior. El instrumento SWAP a bordo de la misión espacial Proba-2 (situada en la eclíptica) mostró el Sol durante el último mínimo, con poca actividad visible en la corona. Durante el máximo en el que nos encontramos ahora, vemos dos bandas paralelas de intensa actividad por encima y por debajo del ecuador, que estaban prácticamente ausentes hace cinco años".

"Pero lo que sí vimos durante el mínimo solar anterior fueron grandes agujeros coronales cerca de los polos", continúa David. "Los agujeros coronales son, de hecho, zonas con menor densidad de plasma. Pero ahora han desaparecido. Esperamos que se vuelvan a formar agujeros coronales, que serán detectables en la luz EUV. 

Probablemente esto irá acompañado de pequeñas erupciones que cambiarán localmente el campo magnético. Estas "reconexiones" magnéticas tienen nombres curiosos, como picojets, campfires o bright points. Pero aún no comprendemos del todo su papel en la inversión del campo magnético a gran escala. Las nuevas observaciones contribuirán a una mejor comprensión del ciclo solar".

Dinamo solar: el motor del sol

Tanto el ciclo solar como el campo magnético son manifestaciones de la "dinamo solar", el motor del Sol. Al estudiar los polos, Solar Orbiter ayuda a responder preguntas fundamentales sobre estos fenómenos. "El ciclo solar es el fenómeno por el cual el campo magnético cambia de polaridad cada 11 años. Estas inversiones van acompañadas de un aumento de la actividad, como la fase en la que nos encontramos actualmente", continúa Anik. "El número de manchas solares no es constante y cambia con el tiempo".

"Durante un máximo, hay más manchas solares. Pero el ciclo solar no funciona como un reloj y puede durar más o menos tiempo. La intensidad de cada ciclo, que se deriva del número de manchas solares durante los máximos, también está sujeta a fluctuaciones. El número internacional de manchas solares se supervisa y coordina en Bélgica, y más concretamente por SILSO (Índice de manchas solares y observaciones solares a largo plazo). Esta es una de las razones por las que nuestro país desempeña un papel importante en la investigación del Solar Orbiter".

"Aún no se ha respondido a la pregunta de por qué existen irregularidades en el ciclo solar. Existen modelos que explican y predicen el dínamo solar y el campo magnético, creados por científicos de renombre mundial. Pero ninguno de estos modelos ofrece una solución completamente adecuada porque faltan algunas condiciones límite. Todavía hay puntos ciegos. Pero estas lagunas en nuestro conocimiento se llenarán con el flujo de nueva información que nos proporcionará Solar Orbiter. Los polos nos permitirán comprender mejor el Sol".

El campo de la física solar ha entrado claramente en una nueva era particularmente apasionante. 

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Kathelijne: Como amante de la naturaleza y científica de la Tierra, me intriga cómo interactúan el planeta, la vida y las sociedades en escalas de tiempo geológicas y humanas.

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