Ari 26, 08Mar 22, 24

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Luca Sorriso Valvo, astrofísico, miembro del Parlamento asgardiano, presidente del Comité Científico, habla sobre los estudios del viento solar, los desafíos para los futuros asentamientos en el espacio, su investigación científica actual y su trabajo como instructor en clima espacial para astronautas de la ESA.

Aquí lo vemos al lado del ministro de ciencia Floris Wuyts en el congreso Asgardiano de ciencia e inversión

¿Llevas 2 décadas estudiando el viento solar? ¿Por qué este tema?

El motor fundamental es el deseo humano de conocimiento. Estudiamos el viento solar porque está ahí, pero, por supuesto, hay razones prácticas para ello. Necesitamos conocer el medio en el que está inmerso nuestro planeta si queremos entender cómo puede afectarnos. Existe una ciencia relativamente joven, llamada clima espacial, que trata de comprender y predecir cómo la actividad solar, mediada por el viento solar, afecta a la Tierra. Puede ser perjudicial y peligroso para los seres humanos y la tecnología, y tenemos que ser capaces de controlarlo.

¿Qué es el viento solar y cómo se mide?

El viento solar está hecho de plasma, básicamente un gas caliente y enrarecido de partículas cargadas como protones y electrones. Hoy sabemos mucho sobre el plasma, pero no todo, en particular su turbulenta y compleja dinámica. Alrededor del 99% de la materia condensada en el universo se encuentra en estado de plasma: estrellas, galaxias, el medio interestelar. Además, el plasma se utiliza en aplicaciones tecnológicas, desde médicas hasta industriales, y lo más importante, en el intento de generar energía limpia en dispositivos de fusión nuclear, tal como sucede en el núcleo del Sol y de las estrellas. Tanto los plasmas astrofísicos como los de fusión son difíciles de medir: los primeros están tan lejos que solo podemos mirar la luz que emiten, y los segundos son tan densos y calientes que los diagnósticos son tecnológicamente desafiantes. Por lo tanto, el viento solar representa posiblemente la única forma en que podemos sondear directamente el plasma, enviando satélites al espacio y estudiándolo experimentalmente. Una vez que obtengamos los datos, podemos usar ese conocimiento para interpretar correctamente la luz de galaxias remotas, o para diseñar la máquina de fusión de próxima generación de manera más eficiente.

Ilustración artística de eventos en el Sol que cambian las condiciones en el espacio cercano a la Tierra.

Crédito de la imagen: NASA

¿Cómo afecta el viento solar a la Tierra y al entorno cercano a la Tierra?

El viento solar sopla desde el Sol todo el tiempo, pero su velocidad, densidad, campo magnético y presión fluctúan fuertemente. Cuando golpea nuestro planeta, de hecho, impacta en la región del espacio que rodea a la Tierra llamada magnetosfera, donde el campo magnético terrestre actúa como un escudo protector. Por lo tanto, el viento simplemente sopla alrededor de la magnetosfera, y sus partículas no pueden llegar a la Tierra. Cuando un evento particularmente fuerte (por ejemplo, las llamadas eyecciones de masa coronal o erupciones solares) ocurre en el Sol y se propaga en el espacio interplanetario golpeando la Tierra, la perturbación puede ser más severa y el campo magnético terrestre puede verse seriamente sacudido. Esto significa, por ejemplo, que una brújula en la Tierra tendrá fuertes desviaciones e indicará direcciones aleatorias. Afecta a los animales o a la tecnología humana que dependen de los campos magnéticos para orientarse. Los fenómenos meteorológicos espaciales también modulan el número de rayos cósmicos -radiación peligrosa en forma de partículas de alta energía que se originan en el Sol o fuera del Sistema Solar- que llegan a la Tierra y regulan el sistema de corrientes ionosféricas y magnetosféricas. Esto puede resultar en una amenaza para la tecnología espacial y de comunicación, la seguridad de los astronautas, las tripulaciones de los aviones y los pasajeros, puede afectar a las tuberías o dañar los transformadores y las centrales eléctricas, interrumpir la comunicación por satélite, como el posicionamiento GPS y las telecomunicaciones.

Hoy en día, somos capaces de predecir el clima espacial severo observando la actividad solar y calculando el tiempo esperado de llegada de la perturbación, que suele ser de alrededor de un par de días. Es posible poner satélites en espera y enviar astronautas a zonas especiales de la ISS a prueba de radiación. También se cree que la exposición a los rayos cósmicos puede causar mutaciones en el ADN que podrían conducir a la evolución o la extinción.

El Sol envía un flujo constante de material solar llamado viento solar, que crea una burbuja alrededor de los planetas llamada heliosfera. La heliosfera actúa como un escudo que protege a los planetas de la radiación interestelar.

Crédito de la imagen: NASA

¿Qué papel juega la heliosfera en el Sistema Solar?

La heliosfera es para el Sistema Solar lo que la magnetosfera es para la Tierra: lo protege del plasma interestelar y de los rayos cósmicos, representando la protección primaria contra la radiación de todo el espacio interplanetario. Esta burbuja magnética es tan grande como la órbita de Plutón, extendiéndose por un radio de más de 15 mil millones de kilómetros alrededor del Sol.

Si bien las poderosas tormentas solares son peligrosas y afectan a nuestro planeta, ¿también nos protegen de los rayos cósmicos?

Cada 11 años, la actividad magnética solar oscila entre un máximo y un mínimo. Durante los períodos de alta actividad solar, la heliosfera es algo más poderosa, con un alcance extendido y una fluctuación magnética más fuerte e irregular. En estas condiciones, la desviación heliosférica de los rayos cósmicos extrasolares es máxima, por lo que en general hay menos radiación que llega a la Tierra. Por el contrario, durante el mínimo solar, la heliosfera es más débil y estable, lo que resulta en un mayor flujo de radiación en la Tierra. Sin embargo, la mayoría de las tormentas magnéticas se observan durante períodos de alta actividad solar, por lo que la protección real de los rayos cósmicos en la superficie de la Tierra puede ser más complicada de predecir.

El campo magnético de la Tierra nos protege de la radiación solar. ¿Cómo podemos proteger nuestros futuros asentamientos en Marte?

A diferencia de la Tierra, Marte no tiene una magnetosfera adecuada que lo proteja del viento solar. Sin embargo, existe una pequeña magnetosfera protectora, simplemente debido al hecho de que la superficie del planeta es conductora y el plasma magnetizado del viento solar no puede conectarse con ella, por simples argumentos electromagnéticos. Se ha descubierto que el planeta tiene corteza fuertemente magnetizada en algunos lugares específicos, lo que genera pequeños domos magnéticos localizados. Con una gran cantidad de radiación que llega a la superficie, el entorno marciano no puede albergar vida tal y como la conocemos. Las partículas del viento solar han estado barriendo la atmósfera marciana durante millones o incluso miles de millones de años. Sin escudo magnético, el planeta está casi completamente expuesto a los eventos solares. Los futuros asentamientos en Marte tendrán que ser cuidadosamente diseñados para proteger a los habitantes y la tecnología de la radiación, los rayos UV solares, las emisiones de rayos X y las partículas de alta energía. Estos podrían ser gruesos muros protectores, campos magnéticos artificiales, hábitats subterráneos o alguna otra solución posiblemente aún desconocida.

¿Cómo proteger los asentamientos lunares del viento solar?

La Luna no está en una posición mucho mejor. Al ser demasiado pequeño y sin apenas circulación interna, no tiene magnetosfera propia. Debido a su órbita, la Luna pasa aproximadamente la mitad de su tiempo frente a la Tierra, fuera de la magnetosfera, lo que la hace completamente inmersa y expuesta a las partículas del viento solar y al campo magnético. Al final, la Luna tiene problemas similares a los de Marte en términos de protección necesaria contra la radiación externa y las partículas.

¿Qué pasa si fallan los sistemas de protección? ¿Sufrirán los astronautas el síndrome de radiación aguda?

Durante las tormentas, el riesgo de exposición se magnifica, por supuesto, y, por lo tanto, existen protocolos de seguridad a bordo de la ISS que incluyen llegar a una habitación segura donde las paredes gruesas protegen de la radiación. Pero el principal problema proviene de la exposición continua, más que de eventos individuales. Durante una misión típica de 6 meses a bordo de la ISS, un astronauta recibiría aproximadamente la misma cantidad de radiación que un sobreviviente de Hiroshima. Si hablamos de la Luna o de Marte, o de alguna arca espacial en la órbita exterior de la Tierra, entonces la exposición será mucho mayor. Allá afuera, los eventos extremos de radiación de larga duración podrían tener consecuencias más graves para los astronautas, incluido el daño tisular y el síndrome de radiación. Esto es particularmente cierto si consideramos una habitación espacial a largo plazo.

¿De qué trata su investigación actual?

Continúo mis estudios de física del plasma espacial. Más precisamente, utilizo mediciones del viento solar y la magnetosfera tomadas por instrumentos a bordo de naves espaciales que orbitan alrededor de la Tierra o entre el Sol y la Tierra, como Parker Solar Probe, Solar Orbiter y MMS. Mi objetivo principal es comprender cómo se produce el viento solar en la corona solar, cómo se vuelve turbulento a medida que sopla en el espacio interplanetario y cómo sus fluctuaciones afectan a la magnetosfera, tanto desde el punto de vista de la respuesta geomagnética como desde un lado más fundamental, a saber, tratar de comprender cómo la turbulencia impulsa los procesos de la física del plasma que transportan y disipan la energía transportada por el viento.

¿Qué pasa con otros proyectos en los que estás involucrado actualmente? Usted ha mencionado un proyecto con la ESA durante la reciente sesión del Parlamento.

Los estudios descritos anteriormente están financiados por el Consejo Sueco de Investigación, por el Consejo Nacional de Investigación de Italia y por el Instituto Internacional de Ciencias Espaciales de Berna.

Mi trabajo actual con la ESA no es realmente un proyecto científico, sino que soy instructor de física solar y clima espacial para los aspirantes a astronautas y astronautas de reserva. En esa función, cada vez que los astronautas necesitan completar su formación, que incluye conocimientos generales de astrofísica y geofísica, vuelo al Centro Europeo de Astronautas de la ESA en Colonia y doy 4-5 horas de conferencias a los estudiantes, que por supuesto son brillantes.

Por otro lado, estoy involucrado en una misión espacial de la ESA, Solar Orbiter, como co-investigador científico para el instrumento que mide el plasma (velocidad, densidad, temperatura), y más recientemente, en una misión de la NASA, la misión Multiscale MagnetoSpheric (MMS), donde actúo como uno de los científicos en el circuito, un rol llamado SILT. Consiste en dedicar una semana entera cada tres meses a monitorizar noche y día los datos preliminares que se descargan en tiempo real desde la nave, seleccionar periodos de potencial interés para los estudios de la comunidad científica y etiquetarlos con códigos de prioridad para que puedan ser recuperados en alta resolución. No es una actividad realmente difícil, y debe considerarse como un servicio a la comunidad en lugar de una investigación emocionante, pero, por supuesto, tiene su propio atractivo y, por supuesto, una gran responsabilidad. Los datos se utilizan para la ciencia básica, incluida la comprensión de las interacciones entre el viento solar y el campo magnético terrestre responsable de los fenómenos meteorológicos espaciales.

Como saben, Asgardia une a las personas en una sociedad transnacional, igualitaria y progresista para construir un nuevo hogar para la humanidad en el espacio y proteger nuestra cuna: el planeta Tierra. Como presidente del Comité Científico y astrofísico, usted contribuye en gran medida a este objetivo. ¿Cuál es el impacto de su investigación actual en el futuro de la exploración espacial? ¿O se trata de «nuestra cuna», de la vida futura en la Tierra y de la capacidad de la magnetosfera para protegernos de la radiación?

La mayor parte de mi investigación se centra en los procesos fundamentales de los plasmas espaciales. Esto significa que allí no trabajo en aplicaciones directas a la exploración espacial, pero cualquier nuevo conocimiento que produzca será utilizado por otros científicos, y algún día también por ingenieros, para controlar y predecir mejor la forma en que funcionarán las cosas en el espacio. Esto incluye el clima espacial, por supuesto, pero también la forma en que la tecnología y los seres humanos pueden verse afectados por la exposición a las condiciones espaciales.