“La meteorología espacial es una disciplina científica emergente”


Dentro de la misión “Solar Orbiter” de la Agencia Espacial Europea, el instrumento SO/PHI estudiará qué ocurre en el interior del Sol, y el campo magnético de sus polos como nunca se había hecho hasta ahora: rayos X, partículas solares, tormentas magnéticas… Todo eso cuesta dinero, aquí abajo, ya que afecta a las comunicaciones, vuelos transoceánicos, etc. SO/PHI, que saldrá al espacio en el 2017, ha sido desarrollado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas, el Instituto Max Planck de investigaciones del sistema solar en Gotinga, Alemania, y otros nueve organismos e instituciones internacionales.


JOSÉ CARLOS DEL TORO. Investigador del CSIC en el Instituto de Astrofísica de Andalucía y coinvestigador principal de SO/PHI.

JOSÉ CARLOS DEL TORO.
Investigador del CSIC en el Instituto de Astrofísica de Andalucía y coinvestigador principal de SO/PHI.


 

Adelantos –¿Qué es exactamente lo que queremos que nos diga este instrumento sobre el Sol?

José Carlos del Toro –SO/PHI es un magnetógrafo y heliosismógrafo solar. Como tal, está orientado a cartografiar el campo magnético y la velocidad del plasma en la fotosfera del Sol. Forma parte del conjunto de instrumentos de sondeo remoto a bordo de la misión Solar Orbiter que, junto con los otros instrumentos de medida local, constituyen una misión inédita, completa, ambiciosa y arriesgada que pretende aumentar nuestro conocimiento del Sol y del viento Solar y del origen de los fenómenos que tienen lugar en ellos.

–¿Por qué, para qué?

–Aparte de la natural curiosidad humana por conocer y comprender más y mejor nuestro entorno, el Sol es fundamental para nuestra vida en la Tierra. Parece lógico que queramos indagar su naturaleza y las relaciones que tiene con el medio interplanetario y, por ende, con nuestro planeta. Orbitar al Sol como lo va a hacer Solar Orbiter nos va a permitir, por ejemplo, observar de forma inédita el campo magnético de los polos que ahora nos es inaccesible porque nos encontramos en la Tierra. Me explico: el eje de rotación del Sol es prácticamente perpendicular al plano de la eclíptica, en el que orbitan la mayoría de los planetas —y por supuesto la Tierra—. Eso nos incapacita para observar apropiadamente los campos magnéticos de los polos. (Por así decirlo, los vemos de lado). Sin embargo, Solar Orbiter va a inclinarse hasta 30º con respecto a la eclíptica, así es que podremos observar los polos como nadie ha podido hasta la fecha. Pero además, embarcarnos en una misión como esta nos permite desarrollar no solo conocimiento, sino tecnología que, sin duda, más pronto que tarde, va a encontrar aplicaciones en nuestra vida diaria.

–Las tormentas solares, el flujo de partículas, son cosas que ahora significan pérdidas concretas de dinero y negocio, aquí, en la Tierra…

–En efecto. Las tormentas solares son fenómenos violentos en los que el Sol libera grandes cantidades de energía radiativa y cinética. La energía radiativa (que no radiactiva) tiene que ver con la radiación electromagnética, esto es, luz, pero también radiación ultravioleta, de rayos X y de radio. La energía cinética —o de movimiento— es la que adquieren las partículas solares eléctricamente cargadas que son literalmente expulsadas de nuestra estrella hacia el medio interplanetario a velocidades comparables a (hasta del orden de un tercio de) la velocidad de la luz. Estas partículas eventualmente alcanzan la Tierra produciendo las tormentas geomagnéticas, llamadas así porque nuestro planeta tiene un escudo natural: su campo magnético que desvía y conduce dichas partículas energéticas solares hacia los polos. Su consecuencia más conocida son las auroras, tanto boreales como australes ya que se forman en ambos hemisferios. Pero cuando la energía de las partículas es suficientemente alta, estas logran, por así decirlo, atravesar el escudo y alcanzar las capas más altas de nuestra atmósfera. De ellas dependemos para nuestras comunicaciones, nuestro geoposicionamiento y multitud de aplicaciones cada vez más numerosas en nuestra sociedad cada vez más dependiente de la tecnología. Por ejemplo, los vuelos transoceánicos vuelan por los polos y la seguridad de los aviones (y de su pasaje) se pueden ver comprometidos por estas tormentas. Tormentas que cuando han sido especialmente intensas han llegado a causar grandes apagones al afectar enormes líneas de tendido eléctrico. En definitiva, nuestro interés por predecir el tiempo espacial es cada vez más importante y la disciplina científica emergente, la meteorología espacial, nos implica directamente a los físicos solares. ¿Por qué? Pues simple y llanamente porque la energía disipada violentamente por el Sol en estas tormentas la toma prestada del campo magnético. Así pues, solo si entendemos y podemos medir apropiadamente el campo magnético solar, podremos algún día predecir el desarrollo de esas tormentas y así poder prevenirlas convenientemente. Hoy día tenemos poco margen: el intervalo de entre uno a tres días que les lleva a las partículas en alcanzar la Tierra desde que salen del Sol. Necesitamos, sin embargo, predecir cuándo va a producirse la tormenta solar para tener márgenes más satisfactorios.

Modelo estructural y térmico de la unidad electrónica de SO/PHI. (Cortesía del IAA-CSIC).

Modelo estructural y térmico
de la unidad electrónica de SO/PHI. (Cortesía del IAA-CSIC).

–¿Qué podrá enseñarnos ese instrumento sobre el interior del Sol?

–Me alegra que me hagas esta pregunta porque nuestro SO/PHI es el único instrumento a bordo para escrutar el interior solar mediante las técnicas heliosismológicas. Precisamente, el nombre de estas técnicas ya le sugerirá al lector que lo que hará nuestro instrumento es estudiar los seísmos solares. ¿Cómo? Pues básicamente midiendo de forma continuada la velocidad del plasma solar durante un cierto periodo de tiempo. Al igual que los geólogos y geofísicos deducen las propiedades del interior de nuestro planeta estudiando los terremotos, los físicos solares lo hacemos mediante el estudio de los “heliomotos”.

–¿Cómo de cerca llegará a estar de él?

–El viaje de la nave Solar Orbiter es apasionante y largo. Nos llevará del orden de dos años y medio alcanzar nuestra primera órbita científica. Cada una de estas órbitas durará aproximadamente 150 días. Tras ser lanzado desde la Tierra, las órbitas que trazará vienen determinadas por sucesivas asistencias gravitatorias de nuestro planeta y de Venus, alcanzando por fin órbitas inclinadas con re specto a la eclíptica —como explicábamos antes— y extraordinariamente elípticas. La separación mayor del Sol será un poco mayor que la de la Tierra (1 UA) y la menor será de tan solo 0.3 UA, aproximadamente el radio medio de la órbita de Mercurio. Nos vamos a acercar mucho al Sol.

“A bordo, un chip hará la labor de aproximadamente 50 ordenadores a la vez”

–Un dispositivo diseñado en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) trabajará a bordo con velocidad equivalente a 50 ordenadores trabajando en paralelo. ¿Qué es lo que tiene que procesar?

–Parte de la tecnología desarrollada para la misión que mencionaba antes se concibe para los instrumentos. En concreto, y por mencionar solo lo que respecta al nuestro, incorporamos tres desarrollos especiales que tienen firma española. Me refiero al empleo de ROCLI (retardadores ópticos de cristal líquido) y de etalones sólidos de LiNbO3 (niobato de litio) en el espacio, y al inversor electrónico de la ecuación de transporte. Los dos primeros van a utilizarse de forma novedosa en nuestra misión espacial gracias a tecnología desarrollada en el INTA (Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial). Y el tercero, desarrollado en el seno de mi grupo, es por el que me preguntas. En efecto, se trata de un chip especialmente concebido para hacer la labor de aproximadamente 50 ordenadores a la vez. Pero solo para resolver esa ecuación, ojo. No se trata de otro ordenador más rápido. Veamos. La distancia a la que volará la nave impide que podamos mandar los datos tal y como son obtenidos: nuestro instrumento produce muchos más de los que se pueden transmitir. Ello nos fuerza a realizar la ciencia a bordo de la sonda: tenemos que interpretar los datos “crudos” en términos de los campos magnéticos y la velocidad del plasma que los originaron. Eso, normalmente, se realiza tranquilamente en tierra, una vez que los datos llegan. Ahora, aunque no es lo habitual, hemos tenido que desarrollar toda una nueva tecnología que permita hacer cálculos muy complejos en tiempos muy pequeños lo cual, sin duda, abre la puerta para nuevas aplicaciones en otros campos.

“La Ciencia española tiene un merecido prestigio internacional; una prueba: “Solar Orbiter” lleva dos instrumentos con liderazgo español”

–El SO/PHI forma parte de la misión Solar Orbiter de la Agencia Espacial Europea.¿Qué nivel conserva, maltratada y todo, la ciencia española en ese terreno?

–La ciencia española, en especial la astrofísica, y muy específicamente la física solar y la heliosférica, tienen un merecido prestigio en el ámbito internacional. Prueba de ello es que Solar Orbiter alberga dos instrumentos con liderazgo español. El nuestro, coliderado por el IAA-CSIC —junto con el instituto Max Planck de investigaciones del sistema solar, en Gotinga, Alemania— y EPD, liderado por la Universidad de Alcalá de Henares. Este otro es un instrumento de detección de partículas energéticas. Si alguien conoce el funcionamiento de la ESA, el grado de competencia entre las distintas instituciones europeas por conseguir diseñar y fabricar los instrumentos, se puede hacer una idea de la relevancia de nuestras disciplinas en el ámbito mundial. Pero a nadie se le escapa la precaria situación en la que nos encontramos los científicos y tecnólogos españoles en los que, a veces, hacemos ciencia “a pesar de” en lugar de “con ayuda de” nuestras administraciones. Afortunadamente, los compromisos de España con la ESA son tales que, aunque con severos recortes, nosotros hemos podido continuar con nuestro trabajo hasta ahora y esperamos poder hacerlo hasta el lanzamiento de la misión y, después, durante la fase de explotación científica. Sin embargo, además de los recortes, se nos ha más que triplicado la burocracia. En España parece que no somos conscientes de que la burocracia también supone dinero: el tiempo que empleamos los investigadores en papeles muchas veces inútiles habría que contabilizarlo puesto que nuestros salarios son pagados por los contribuyentes para tareas distintas. Control, sí. Necesitamos que el dinero público se emplee adecuadamente. Pero flexibilidad y maneras diferentes de evaluación, también. Tanto que les gusta a nuestros políticos fijarse en los países de nuestro entorno, podrían hacerlo en los que invierten en ciencia de verdad y lo hacen de forma eficiente.

Imagen artística de la nave Solar Orbiter junto al Sol. (Cortesía de la ESA).

Imagen artística de la nave Solar Orbiter junto al Sol. (Cortesía de la ESA).

 

Modelo funcional eléctrico del instrumento SO/ PHI. (Cortesía del IAA-CSIC).

Foto portada: Modelo funcional eléctrico del instrumento SO/ PHI. (Cortesía del IAA-CSIC).