Exploración del Sol

El Sol es la estrella que hace posible la vida en la Tierra, pero su comprensión ha sido un desafío constante a lo largo de la historia. A pesar de que es el astro más cercano a nosotros, su observación detallada ha estado limitada por su brillo extremo y las condiciones extremas de su atmósfera. Desde las primeras mediciones de su tamaño y distancia hasta las modernas sondas que lo estudian en detalle, la exploración del Sol ha avanzado en paralelo con el desarrollo de la ciencia y la tecnología.

Durante siglos, astrónomos han observado sus manchas solares, ciclos de actividad y erupciones, pero solo con la llegada de la era espacial se han logrado avances significativos en heliofísica. Actualmente, misiones como SOHO, Parker Solar Probe y Solar Orbiter están proporcionando datos cruciales sobre la dinámica de su atmósfera, el viento solar y los procesos físicos que rigen su evolución.

Primeras observaciones y los inicios de la heliofísica

El estudio del Sol comenzó mucho antes de la invención del telescopio. Civilizaciones antiguas, como los babilonios y los egipcios, ya registraban eclipses solares y establecían calendarios basados en los movimientos solares. Sin embargo, la verdadera revolución en su estudio ocurrió en el siglo XVII, cuando Galileo Galilei, utilizando uno de los primeros telescopios, observó manchas solares en la superficie del Sol, desafiando la idea de que los cuerpos celestes eran inmutables y perfectos.

Durante los siglos XVIII y XIX, los astrónomos comenzaron a registrar sistemáticamente las manchas solares y notaron que su cantidad variaba en ciclos regulares de aproximadamente 11 años, un descubrimiento clave en la comprensión de la actividad solar. Fue en esta época cuando los espectroscopistas identificaron la línea espectral del helio en el espectro solar, un elemento que no había sido identificado en la Tierra en ese momento.

El siglo XX marcó el comienzo de la era moderna de la heliofísica, con la invención de nuevos instrumentos para estudiar el Sol en diferentes longitudes de onda. La llegada de la fotografía permitió documentar la evolución de las manchas solares y el desarrollo de las tormentas solares. Sin embargo, la verdadera exploración del Sol solo se hizo posible con el uso de satélites y sondas espaciales.

Las primeras misiones espaciales dedicadas al estudio del Sol

El estudio del Sol desde el espacio comenzó con la misión Skylab de la NASA en la década de 1970. A bordo de esta estación orbital, los astronautas realizaron las primeras observaciones solares en ultravioleta y rayos X, descubriendo estructuras dinámicas en la corona solar y mejorando nuestra comprensión de las eyecciones de masa coronal.

Sin embargo, la verdadera exploración solar comenzó con el Programa Helios, una colaboración entre Alemania y Estados Unidos que lanzó dos sondas en los años 70. Estas misiones fueron las primeras en aproximarse al Sol y estudiaron el viento solar a distancias menores que cualquier otra sonda anterior.

La misión Ulysses, una colaboración entre la ESA y la NASA, fue la primera en sobrevolar los polos solares para analizar la estructura del viento solar y el campo magnético en latitudes altas. Lanzada el 6 de octubre de 1990, Ulysses utilizó un sobrevuelo de Júpiter en 1992 para inclinar su órbita y escapar del plano ecuatorial del Sistema Solar, logrando una trayectoria polar única.

La sonda descubrió que el viento solar en los polos es más rápido y estable que en la zona ecuatorial, alcanzando velocidades de 750 km/s. También identificó agujeros coronales, regiones donde las líneas del campo magnético solar se abren, permitiendo la fuga eficiente del viento solar. Además, midió la distribución de rayos cósmicos galácticos, confirmando que la influencia del Sol en su modulación varía con el ciclo solar. Inicialmente diseñada para una misión de cinco años, Ulysses operó hasta 2009, completando tres órbitas alrededor del Sol

SOHO: la sonda que revolucionó la heliofísica

Lanzada en diciembre de 1995 por la ESA y la NASA, la sonda SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) ha sido una de las misiones más exitosas en la historia de la heliofísica. Diseñada para estudiar la corona solar, la estructura del Sol y su actividad, SOHO sigue operativa tras más de 25 años de servicio.

Entre sus principales descubrimientos destacan la identificación de miles de cometas rasantes, la cartografía de la estructura interna del Sol mediante helioseismología y la observación de tormentas solares y eyecciones de masa coronal en tiempo real.

Entre sus instrumentos más importantes se incluyen:

• LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraph): Un coronógrafo que bloquea la luz del disco solar para estudiar la corona y detectar CMEs.
• MDI (Michelson Doppler Imager): Utilizado para mapear la estructura interna del Sol mediante oscilaciones de la superficie solar.
• SUMER (Solar Ultraviolet Measurements of Emitted Radiation): Un espectrómetro para analizar la temperatura y composición de la atmósfera solar.

STEREO: la visión tridimensional del Sol

La misión STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory), lanzada en 2006, consistió en dos sondas gemelas colocadas en posiciones opuestas alrededor del Sol para obtener una visión en 3D de su atmósfera y las eyecciones de masa coronal.

Gracias a STEREO, se han podido rastrear los CMEs con precisión, permitiendo predecir mejor su impacto en la Tierra. También ha proporcionado información detallada sobre las ondas de choque en el viento solar y la estructura del campo magnético interplanetario.

Actualmente solo la sonda STEREO-A sigue operativa, el equipo de la misión estableció el último contacto con la gemela STEREO-B en septiembre de 2016.

Parker Solar Probe: la primera sonda en «tocar» el Sol

La Parker Solar Probe, lanzada por la NASA el 12 de agosto de 2018, es la misión más ambiciosa en la exploración del Sol. Diseñada para acercarse más que cualquier otra nave, su objetivo principal es estudiar la corona solar y comprender los procesos físicos que impulsan el viento solar y las erupciones solares. Para lograrlo, la sonda sigue una órbita elíptica altamente excéntrica que, mediante asistencias gravitacionales de Venus, la llevará a solo 6,1 millones de km del Sol, atravesando su atmósfera exterior.

Para soportar las temperaturas extremas que superan los 1.400°C, Parker está equipada con un escudo térmico de compuesto de carbono de 11,4 cm de grosor, que mantiene sus instrumentos protegidos a temperaturas tolerables. Entre sus instrumentos principales destacan FIELDS, que mide los campos eléctricos y magnéticos del Sol; WISPR, una cámara que captura imágenes del viento solar; y SWEAP, que estudia la velocidad y composición de las partículas del viento solar.

Desde su lanzamiento, Parker ha realizado múltiples aproximaciones al Sol, descubriendo que la corona tiene ondas de plasma altamente dinámicas y estructuras magnéticas en forma de «zigzag» llamadas switchbacks, que podrían estar relacionadas con el calentamiento coronal y la aceleración del viento solar. Además, ha confirmado la existencia de una zona de transición entre la corona y el espacio interplanetario, proporcionando nuevos datos sobre cómo el Sol influye en la heliosfera.

Con una misión planificada hasta 2025, Parker seguirá reduciendo su distancia al Sol con cada órbita, recopilando datos fundamentales para la predicción del clima espacial y la protección de futuras misiones tripuladas a Marte y más allá. Su legado cambiará nuestra comprensión de la actividad solar y sus efectos en el entorno del Sistema Solar, marcando un hito en la historia de la heliofísica.

Solar Orbiter: explorando los polos y la corona solar

La misión Solar Orbiter, desarrollada por la ESA en colaboración con la NASA, fue lanzada el 10 de febrero de 2020 con el objetivo de estudiar el campo magnético solar, la corona y el viento solar, además de proporcionar las primeras imágenes detalladas de los polos del Sol. A diferencia de otras sondas, Solar Orbiter combina observaciones remotas e in situ, permitiéndole analizar la actividad solar mientras mide las partículas y campos magnéticos que la rodean.

Para alcanzar su órbita altamente inclinada, la sonda utiliza asistencias gravitacionales de Venus y la Tierra, lo que le permitirá en los próximos años observar el Sol desde una perspectiva única, especialmente sus polos, regiones clave para entender el ciclo solar y la reversión del campo magnético. Sus instrumentos incluyen el EUI (Extreme Ultraviolet Imager), que captura imágenes de la atmósfera solar en alta resolución, y SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment), que analiza la composición de la corona.

Uno de los primeros descubrimientos de Solar Orbiter fueron las «hogueras solares», pequeñas erupciones en la superficie del Sol que podrían estar relacionadas con el calentamiento coronal, un fenómeno aún no completamente entendido. Además, ha registrado interacciones complejas entre el viento solar y la heliosfera, proporcionando información clave sobre cómo las partículas solares afectan el espacio interplanetario y la magnetosfera terrestre.

La misión tiene una duración planificada hasta 2030, con posibles extensiones dependiendo del estado de la sonda. Su estudio de los polos solares y del campo magnético global del Sol será crucial para mejorar la predicción del clima espacial y la protección de futuras misiones tripuladas en el Sistema Solar. A medida que su órbita se incline más, proporcionará datos inéditos que transformarán nuestra comprensión de la dinámica solar.

Misiones en órbita terrestre dedicadas al estudio del Sol

• 🇺🇸Skylab (ATM) (1973-1974)
  Primer observatorio solar en el espacio, con imágenes en ultravioleta y rayos X.

• 🇺🇸Solar Maximum Mission (SMM) (1980-1989)
  Estudió erupciones solares y eventos de alta energía.

• 🇯🇵Yohkoh (1991-2001)
  Observó el Sol en rayos X, analizando su corona y eventos explosivos.

• 🇺🇸TRACE (Transition Region and Coronal Explorer) (EE.UU., 1998-2010)
  Estudió la dinámica de la corona y la atmósfera solar.

• 🇺🇸RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) (2002-2018)
  Analizó la emisión de alta energía de las erupciones solares.

• 🇯🇵Hinode (2006-presente)
  Observa la corona y los campos magnéticos solares en detalle.

• 🇺🇸IRIS (Interface Region Imaging Spectrograph) (2013-presente)
  Analiza la transición de energía en la corona solar.

• 🇺🇸GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite, series R, S, T, U) (1975-presente)
  Monitorea la actividad solar en tiempo real y mide su impacto en la magnetosfera terrestre.

• 🇺🇸SDO (Solar Dynamics Observatory) (2010-presente)
  Uno de los observatorios solares más avanzados, proporcionando imágenes en alta resolución de la corona solar y su evolución