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Llamarada solar capturada por el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA en 2015. FOTO: NASA/SDO.
Científicos de Irlanda y Francia han observado por primera vez en detalle cómo se comporta la materia en las condiciones extremas de la atmósfera del Sol, que está situado a 150 millones de kilómetros de la Tierra.
Los científicos utilizaron grandes radiotelescopios y cámaras ultravioletas situadas en una nave espacial de la NASA para comprender mejor el "cuarto estado de la materia", un estado exótico pero poco comprendido.
Conocido como plasma, este cuarto estado de la materia podría ser clave para desarrollar generadores de energía nuclear seguros, limpios y eficientes en la Tierra. Los resultados se publican en Nature Communications.
La mayor parte de la materia que encontramos en nuestra vida cotidiana se presenta en forma de sólido, líquido o gas, pero la gran mayoría del Universo está compuesto de plasma, un fluido altamente inestable y cargado eléctricamente. El Sol también está formado por este plasma.
A pesar de ser la forma más común de materia en el Universo, el plasma sigue siendo un misterio, principalmente debido a su escasez en las condiciones naturales de la Tierra, lo que dificulta su estudio.
Los científicos han recreado en laboratorio las condiciones extremas del espacio para estudiar el cuarto estado de la materia, pero saben que el Sol representa un laboratorio completamente natural para estudiar cómo se comporta el plasma en condiciones que a menudo son demasiado extremas para los experimentos construidos manualmente en la Tierra.
Actividad extrema
Eoin Carley, investigador postdoctoral en el Trinity College de Dublín y en el Instituto de Estudios Avanzados de Dublín (DIAS), investigador principal de este estudio, explica en un comunicado que la atmósfera solar es un foco de actividad extrema, con temperaturas de plasma superiores a 1 millón de grados centígrados y partículas que viajan cerca de la velocidad de la luz.
Esas partículas viajan a la velocidad de la luz brillan en longitudes de la onda de la radio, por lo que es posible observar exactamente cómo se comportan los plasmas con los radio telescopios grandes.
Los científicos de Dublín, trabajando estrechamente con colegas del Observatorio de París, realizaron observaciones del Sol con un gran radiotelescopio ubicado en Nançay, en el centro de Francia.
Combinaron las observaciones de radio con cámaras ultravioletas situadas en la nave espacial del Observatorio de Dinámica Solar Solar de la NASA y comprobaron que el plasma en el Sol a menudo puede emitir una luz de radio que emite pulsos como un foco de luz.
“Hemos sabido de esta actividad durante décadas, pero nuestro uso de equipos espaciales y terrestres nos permitió obtener imágenes de los pulsos de radio por primera vez y ver exactamente cómo los plasmas se vuelven inestables en la atmósfera solar”, señala Carley.
Los científicos utilizaron grandes radiotelescopios y cámaras ultravioletas situadas en una nave espacial de la NASA para comprender mejor el "cuarto estado de la materia", un estado exótico pero poco comprendido.
Conocido como plasma, este cuarto estado de la materia podría ser clave para desarrollar generadores de energía nuclear seguros, limpios y eficientes en la Tierra. Los resultados se publican en Nature Communications.
La mayor parte de la materia que encontramos en nuestra vida cotidiana se presenta en forma de sólido, líquido o gas, pero la gran mayoría del Universo está compuesto de plasma, un fluido altamente inestable y cargado eléctricamente. El Sol también está formado por este plasma.
A pesar de ser la forma más común de materia en el Universo, el plasma sigue siendo un misterio, principalmente debido a su escasez en las condiciones naturales de la Tierra, lo que dificulta su estudio.
Los científicos han recreado en laboratorio las condiciones extremas del espacio para estudiar el cuarto estado de la materia, pero saben que el Sol representa un laboratorio completamente natural para estudiar cómo se comporta el plasma en condiciones que a menudo son demasiado extremas para los experimentos construidos manualmente en la Tierra.
Actividad extrema
Eoin Carley, investigador postdoctoral en el Trinity College de Dublín y en el Instituto de Estudios Avanzados de Dublín (DIAS), investigador principal de este estudio, explica en un comunicado que la atmósfera solar es un foco de actividad extrema, con temperaturas de plasma superiores a 1 millón de grados centígrados y partículas que viajan cerca de la velocidad de la luz.
Esas partículas viajan a la velocidad de la luz brillan en longitudes de la onda de la radio, por lo que es posible observar exactamente cómo se comportan los plasmas con los radio telescopios grandes.
Los científicos de Dublín, trabajando estrechamente con colegas del Observatorio de París, realizaron observaciones del Sol con un gran radiotelescopio ubicado en Nançay, en el centro de Francia.
Combinaron las observaciones de radio con cámaras ultravioletas situadas en la nave espacial del Observatorio de Dinámica Solar Solar de la NASA y comprobaron que el plasma en el Sol a menudo puede emitir una luz de radio que emite pulsos como un foco de luz.
“Hemos sabido de esta actividad durante décadas, pero nuestro uso de equipos espaciales y terrestres nos permitió obtener imágenes de los pulsos de radio por primera vez y ver exactamente cómo los plasmas se vuelven inestables en la atmósfera solar”, señala Carley.
Comparando con la Tierra
El estudio del comportamiento de los plasmas en el Sol permite establecer una comparación de cómo se comportan en la Tierra, donde se está realizando un gran esfuerzo para construir reactores de fusión por confinamiento magnético.
Estos reactores son generadores de energía nuclear mucho más seguros, limpios y eficientes que los primeros reactores de fisión, usados actualmente para obtener energía.
Peter Gallagher, otro de los investigadores, explica que la fusión nuclear es un tipo diferente de generación de energía nuclear que fusiona átomos de plasma, en lugar de separarlos como lo hace la fisión. La fusión es más estable y segura, y no requiere combustible altamente radioactivo. “De hecho, gran parte del material de desecho de la fusión es helio inerte", señala.
Añade que el único problema es que los plasmas de fusión nuclear son altamente inestables. Tan pronto como el plasma comienza a generar energía, algún proceso natural desactiva la reacción.
Si bien este comportamiento de apagado es como un interruptor de seguridad inherente (los reactores de fusión no pueden formar reacciones fuera de control) también significa que es difícil mantener el plasma en un estado estable para obtener energía.
Por eso es importante este descubrimiento: “al estudiar cómo los plasmas se vuelven inestables en el Sol, podemos aprender cómo controlarlos en la Tierra", señala Gallagher.
Carley destaca por último que están proyectados radiotelescopios de nueva construcción en Irlanda, como el Irish Irr Frequency Array (I-LOFAR).
"I-LOFAR se puede usar para descubrir nuevas físicas de plasma en el Sol con mucho más detalle que antes, enseñándonos cómo se comporta la materia en ambos plasmas en el Sol, aquí en la Tierra y en todo el Universo en general".
El estudio del comportamiento de los plasmas en el Sol permite establecer una comparación de cómo se comportan en la Tierra, donde se está realizando un gran esfuerzo para construir reactores de fusión por confinamiento magnético.
Estos reactores son generadores de energía nuclear mucho más seguros, limpios y eficientes que los primeros reactores de fisión, usados actualmente para obtener energía.
Peter Gallagher, otro de los investigadores, explica que la fusión nuclear es un tipo diferente de generación de energía nuclear que fusiona átomos de plasma, en lugar de separarlos como lo hace la fisión. La fusión es más estable y segura, y no requiere combustible altamente radioactivo. “De hecho, gran parte del material de desecho de la fusión es helio inerte", señala.
Añade que el único problema es que los plasmas de fusión nuclear son altamente inestables. Tan pronto como el plasma comienza a generar energía, algún proceso natural desactiva la reacción.
Si bien este comportamiento de apagado es como un interruptor de seguridad inherente (los reactores de fusión no pueden formar reacciones fuera de control) también significa que es difícil mantener el plasma en un estado estable para obtener energía.
Por eso es importante este descubrimiento: “al estudiar cómo los plasmas se vuelven inestables en el Sol, podemos aprender cómo controlarlos en la Tierra", señala Gallagher.
Carley destaca por último que están proyectados radiotelescopios de nueva construcción en Irlanda, como el Irish Irr Frequency Array (I-LOFAR).
"I-LOFAR se puede usar para descubrir nuevas físicas de plasma en el Sol con mucho más detalle que antes, enseñándonos cómo se comporta la materia en ambos plasmas en el Sol, aquí en la Tierra y en todo el Universo en general".
Referencia
Loss-cone instability modulation due to a magnetohydrodynamic sausage mode oscillation in the solar corona. Eoin P. Carley et al. Nature Communications 10, Article number: 2276 (2019). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-019-10204-1
Loss-cone instability modulation due to a magnetohydrodynamic sausage mode oscillation in the solar corona. Eoin P. Carley et al. Nature Communications 10, Article number: 2276 (2019). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-019-10204-1
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El campo magnético de la Tierra está disparado
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