Los ‘ojos’ españoles que viajarán al Sol

La ciencia española viajará al Sol en 2020 y, como dice el famoso chiste, lo hará “por el día”. La nave Solar Orbiter viajará durante tres años y tras aprovechar la asistencia gravitatoria de Venus y la Tierra se situará en una órbita de 168 días alrededor de la estrella a solo 42 millones de kilómetros, una distancia equivalente a 60 radios solares y que solo será superada por la sonda Parker de la NASA. En este lugar, dentro del perímetro del planeta Mercurio, la radiación que tendrá soportar será 13 veces más intensa que la de la Tierra y la temperatura subirá por encima de los 500°C, por lo que todos los equipos deben estar especialmente protegidos.

La nave saldrá de la eclíptica para poder observar por primera vez los polos del Sol

Solar Orbiter no solo es una de las misiones que más se van a acercar al Sol, su órbita también es especial por otras razones, destaca José Carlos de Toro, coordinador de la contribución española al instrumento SO/PHI y gestor del Plan Estatal de Espacio. “Por un lado, desde un punto de vista estricto, todos las misiones anteriores eran satélites, pero Solar Orbiter es un nuevo ‘planeta’ que va a orbitar el Sol”, apunta. “Y por otro lado, nos salimos de la eclíptica para poder observar por primera vez los polos del Sol con una perspectiva que no tenemos desde la Tierra, lo que nos dará una visión singular”. Solar Orbiter será también “la primera misión que considera al Sol y la Heliosfera como un único sistema”, un sistema en el que vivimos inmersos y de cuyo equilibrio depende nuestro planeta y la mayor parte de las fuentes de energía que utilizamos.

Con sus múltiples instrumentos de medición, la misión de la ESA tendrá entre sus principales objetivos conocer qué gobierna el viento solar y cómo se origina su campo magnético, o establecer vínculos entre la superficie y las capas superiores del Sol, algo que sigue siendo un misterio. Y sobre todo, intentará responder a una de las cuestiones más interesantes: cómo funciona la dinamo el interior del Sol y cómo influye en los demás fenómenos que desembocan en las tormentas solares. Para conseguirlo, España ha contribuido con más del 40 % del presupuesto (unos 16 millones de euros), y con el desarrollo de dos de sus instrumentos más importantes, el coronógrafo METIS y el creador de imágenes SO/PHI, que es el único de la nave que puede contestar a la pregunta de qué sucede en la dinamo solar. Gracias a él, insiste De Toro, “vamos a poder sondar el interior del Sol”.

Cómo mirar dentro del Sol

Para comprender bien cuál es la misión de Solar Orbiter hay que imaginársela una vez en su destino, situada en las proximidades del Sol y con su escudo térmico situado frente a la estrella a modo de paraguas protector. Como si fuera el puesto de un observador de aves que quiere hacer fotografías sin ser visto, la nave se esconde tras este escudo calorífugo en el que hay una serie de aperturas que dejan entrar la luz a los diversos instrumentos ópticos. Además del coronógrafo METIS, que tapa el disco solar para no deslumbrar al instrumento y que aparezca la corona para poder captar su luz, la sonda cuenta con dos telescopios, uno para el detalle y otro para conocer el contexto general que sirva para interpretar el resto de observaciones. El primero es un telescopio de alta resolución desarrollado por el Instituto Max Planck, que permitirá observar los detalles de la corona y las granulaciones de la superficie solar. El segundo es el instrumento SO/PHI, que permite ver todo el disco solar completo para obtener datos sobre la polarización del Sol y su espectro con los que los científicos obtendrán información muy valiosa sobre el comportamiento de su campo magnético.

“Vamos a poder sondar el interior del Sol”, asegura De Toro.

“Lo importante está es el conjunto de instrumentos, dedicados para estudios muy diferentes que van desde la corona o la fotosfera, que permitirán medir el número de partículas que van a llegar a la Tierra y observar además lo que sucede en los polos, lo que hace única la misión”, resume Alberto Álvarez, investigador principal en INTA, cuyo equipo ha hecho las principales aportaciones a los instrumentos ópticos del orbitador. “El telescopio de alta resolución ofrecerá imágenes que parecerán las de un microscopio sobre el Sol”, explica Álvarez a Next. “Se ven unas burbujas que se parecen mucho al interior de una cazuela que está cociendo, con corrientes conectivas que suben y bajan”. El instrumento SO/PHI, en cambio, ofrecerá imágenes del disco solar completo de las que se podrá analizar la actividad magnética del Sol. Pero, ¿cómo lo harán?

En primer lugar mediante espectroscopía, a través de un interferómetro conocido como etalon que hace resonar la luz en su interior para “depurar” la señal y obtener el pico del espectro que se busca. Unas bandas en el espectro como las que detectó Joseph von Fraunhofer en 1814 cuando observó el Sol con sus cristales y que muestran los niveles de energía que alcanzan los fotones al excitarse en cada átomo y sirven para conocer su composición. Unos años después, otro físico, el holandés Pieter Zeeman, descubriría que esas líneas del espectro se multiplicaban de manera muy concreta ante la presencia de un campo magnético, y que emitían luz polarizada en distintas direcciones. Y es precisamente este fenómeno, conocido como efecto Zeeman, es el que utiliza el avanzado polarímetro del instrumento SO/PHI para ver lo que sucede en el interior del Sol y cómo varían sus campos magnéticos a partir de la luz que aparezca en cada imagen.

“La manera en que se separan esas líneas negras depende del campo magnético, si veo cuánto se han desdoblado soy capaz de saber qué pasa en el interior”, explica Álvarez. “A veces las líneas están tan cercanas que no somos capaces de distinguir, y ahí es donde llega la polarimetría, porque en cada nivel la luz tiene una dirección diferente, cada nivel absorbe fotones que vibran de una manera concreta”. Hasta ahora, como para medir la polarización, los instrumentos se basaban en el movimiento de dos lentes girándolas de forma mecánica, como quien mueve dos filtros polarizados para ver dónde dejan de pasar la luz. Para salvar este obstáculo el equipo de Álvarez ha utilizado por primera vez en el espacio la tecnología de cristales líquidos que se usa hace años en las pantallas de móviles y televisiones de la Tierra, y que permite cambiar las propiedades del cristal mediante una pequeña corriente eléctrica. Todo un hito que tendrá una aplicación práctica inmediata en otras muchas misiones y quizá muy pronto en nuestras vidas.

“Es como llevar unos cuantos físicos solares allí dentro de la nave trabajando”

Durante los años de trabajo que han necesitado para fabricar y probar los instrumentos, Álvarez y su equipo se han encontrado con otros pequeños imprevistos que les han obligado a innovar. Para ahorrar espacio y recursos, por ejemplo, los dos telescopios de Solar Orbiter comparten parte de los circuitos internos por los que pasa la luz, de manera que no se pueden utilizar simultáneamente. Y ambos deben recibir la misma cantidad de fotones, puesto que también comparten detector y con demasiada luz uno de ellos no funcionaría. Para impedir que los cambios de temperatura introduzcan el más mínimo desenfoque en las observaciones, los investigadores del INTA también han utilizado materiales especiales para las lentes, ya que cualquier deformación introduciría datos falsos sobre la polarización. Y debido a las limitaciones en el ancho de banda con el que podrían enviar datos a la Tierra, el equipo de De Toro ha introducido un procesador que hace parte del trabajo de la ciencia a bordo de la sonda antes de enviar los datos. “Muchas de esas imágenes ocupan gigas y gigas, así que desarrollamos unos algoritmos específicos de compresión que permiten ahorrar espacio”, explica Álvarez. “Es como llevar unos cuantos físicos solares allí dentro de la nave trabajando”, bromea.

Como resumen, la mayor contribución de la misión Solar Orbiter, a juicio de Álvarez, es que la ciencia básica ha obligado a desarrollar nuevas tecnologías, como los cristales líquidos, y eso acaba repercutiendo en avances tecnológicos. “Ademas, vamos a conocer cómo funciona el sol y gracias a ello entender cómo funcionan el resto de estrellas”, añade. “Gracias a esta misión en concreto vamos a conocer mucho mejor las tormentas solares, predecirlas y saber qué va a ocurrir después, y si hay suerte comprender cómo funciona la dinamo solar, y por qué los polos norte y sur cambian cada 11 años”, concluye. Con las consecuencias que eso tiene para nosotros y nuestras vidas alrededor del Sol.