La próxima semana, el jueves 3 de septiembre, se llevará a cabo el experimento CLASP (Chromospheric Lyman-Alpha SPectropolarimeter), a bordo de un cohete sonda de la NASA, un proyecto pionero que medirá por primera vez la polarización de la radiación de la línea Lyman-alfa del hidrógeno en el Sol. Este experimento, motivado por una investigación teórica realizada en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), es importante para lograr explorar el campo magnético de la región de transición entre la cromosfera y la corona del Sol, una de las regiones más enigmáticas de la atmósfera solar. Entre otros interrogantes, los astrofísicos tratarán de obtener información que ayude a entender por qué en esta región la temperatura se dispara cientos de miles de grados en apenas 100 km y el plasma pasa de estar parcialmente a casi totalmente ionizado.

Este novedoso experimento exploratorio se realizará desde un cohete sonda de la NASA equipado con un telescopio ultravioleta, un espectrógrafo y un polarímetro. El instrumento se lanzará desde el Campo de Misiles de Arenas Blancas (Nuevo México, Estados Unidos) y tendrá un tiempo de observación de tan solo 5 minutos para detectar las señales de polarización lineal. “La estimación del campo magnético en dicha región de transición del Sol –señala Javier Trujillo Bueno, profesor de Investigación del CSIC en el IAC y uno de los cuatro investigadores principales de CLASP- se intentará lograr a través de la modelización teórica de la polarización observada, lo que requiere realizar simulaciones numéricas con superordenadores del proceso de generación y transporte de radiación polarizada en modelos realistas de la atmósfera solar”.  

El proyecto CLASP fue presentado a la NASA en 2011 por un equipo de investigación liderado por Estados Unidos, Japón, Francia y España. Dicha propuesta fue la única seleccionada en el año 2012 después de una competición internacional con muchas otras propuestas diferentes.

La participación española la integran científicos de uno de los grupos de Física Solar del IAC. Este grupo, financiado por el proyecto nacional “Magnetismo Solar y Espectropolarimetría en Astrofísica”, ha proporcionado, junto con investigadores del proyecto que ahora trabajan en la República Checa y en Suiza, la base teórica y las técnicas de diagnóstico de plasmas necesarias para predecir e interpretar la polarización de la línea Lyman-alfa del hidrógeno. Noruega ha contribuido con modelos magneto-hidrodinámicos de la atmósfera solar. Por su parte, Japón ha proporcionado el telescopio y el polarímetro, utilizando la red de difracción facilitada por Francia. Estados Unidos ha sido el responsable de la cámara CCD y del cohete sonda de la NASA.

Vídeo:

Simulación del lanzamiento del experimento CLASP. Crédito: NASA

Contacto:

Javier Trujillo Bueno: jtb [at] iac.es (jtb[at]iac[dot]es)

Más información

El plasma de la atmósfera del Sol se extiende desde la fotosfera, relativamente delgada y "fría" (con una temperatura de 5.800 grados), hasta la tenue y extremadamente caliente corona (un millón de grados), cuyo plasma llega hasta los confines del Sistema Solar. Entre ambas se encuentran las que quizá sean las regiones más enigmáticas de la atmósfera solar: la cromosfera, donde la temperatura aumenta varios miles de grados respecto de la fotosfera, y la región de transición, donde en apenas 100 km la temperatura se dispara cientos de miles de grados y el plasma pasa de estar parcialmente a casi totalmente ionizado. Cómo es posible que alejándose unos 3.000 km de la relativamente fría fotosfera, en la base de la corona, la temperatura del plasma aumente hasta un millón de grados es uno de los mayores misterios de la Astrofísica. Prácticamente, lo único que se sabe es que el campo magnético está involucrado y que juega un papel crucial. El campo magnético es, además, el responsable de la multitud de complejas estructuras del plasma que se observan en la atmósfera solar y su dinámica (p. ej., las manchas solares, las prominencias coronales, las espículas de la cromosfera, etc.). Por todo ello resulta imprescindible inferir y caracterizar el campo magnético para entender el funcionamiento del Sol.

¿Cómo obtener información empírica sobre el campo magnético en la alta cromosfera y en la región de transición del Sol?

1.- Identificando líneas espectrales y propiedades de su radiación que sean sensibles al campo magnético en dichas regiones de la atmósfera solar.

2.- Desarrollando técnicas de diagnóstico de plasmas, que permitan inferir el campo magnético a partir de la radiación observada.

3.- Construyendo telescopios y la instrumentación necesaria para poder medir la radiación de las líneas espectrales seleccionadas.

La radiación producida en dichas regiones externas de la atmósfera solar se encuentra principalmente en el rango ultravioleta del espectro solar, la cual solo puede observarse fuera de la atmósfera terrestre (por encima de 200 km de altura desde la superficie terrestre). Sin embargo, la intensidad de la radiación no es suficientemente sensible al campo magnético.

La investigación teórica realizada en el IAC por los astrofísicos Javier Trujillo Bueno, Jiri Stepan y Luca Belluzzi, basada en la teoría cuántica de la radiación, llevó a las siguientes conclusiones:

1.- Procesos de dispersión (“scattering”) en la región de transición de la atmósfera solar deben producir señales de polarización lineal en la radiación de la línea espectral Lyman-alfa del hidrógeno. Las señales de polarización predichas son muy débiles, pero posibles de medir con un telescopio ultravioleta y un espectropolarímetro de alta precisión situados por encima de la atmósfera terrestre.

2.- Mediante el efecto Hanle, tales señales de polarización lineal en la radiación de la línea Lyman-alfa del hidrógeno son sensibles a la presencia de campos magnéticos en la región de transición del Sol, con buena sensibilidad a campos magnéticos entre 10 y 100 gauss. El efecto Hanle es la modificación de la polarización producida por procesos de dispersión en una línea espectral, debido a la presencia de un débil campo magnético.

Cuando se realizaron las investigaciones que dieron lugar a la solicitud de la NASA, el equipo español estaba constituido por los siguientes científicos de uno de los grupos de Física Solar del IAC: Javier Trujillo Bueno (profesor de Investigación del CSIC en el IAC y uno de los cuatro investigadores principales del experimento CLASP), Jiri Stepan (en el 2011 post-doc en el IAC y actualmente trabajando en el observatorio de Ondrejov, en la República Checa), Luca Belluzzi (en el 2011 post-doc en el IAC y actualmente trabajando en el Istituto Ricerche Solari Locarno, en Suiza), Andrés Asensio Ramos (investigador Ramón y Cajal en el IAC) y Rafael Manso Sainz (post-doc en el IAC hasta el 30 de junio de 2015, actualmente trabaja en el Instituto Max Planck de Fisica Solar en Gotinga).