Conmutación magnética

Los cambios bruscos de dirección son inversiones repentinas del campo magnético del viento solar . ^[1] También se pueden describir como perturbaciones móviles del viento solar que hacen que el campo magnético se doble sobre sí mismo. Fueron observados por primera vez por la misión Ulysses de la NASA-ESA , la primera nave espacial que sobrevoló los polos del Sol . ^{[2] [3] La} sonda solar Parker de la NASA y el orbitador solar de la NASA/ESA observaron cambios bruscos de dirección.

Los cambios de dirección magnéticos (o solares) son rápidas inversiones de polaridad del campo magnético heliosférico radial. ^[4] Estos eventos se han denominado "cambios de dirección", cuando se hace referencia al cambio en la dirección del campo magnético, o "picos de velocidad", cuando se hace referencia al aumento brusco de la velocidad del viento solar. ^[3]

Las curvas generan calor que calienta la corona solar. ^[5]

Las sondas espaciales Helios 1 y 2 observaron inversiones repentinas del campo magnético del Sol en la década de 1970. ^{[6] Posteriormente, la} sonda Ulysses observó cambios bruscos de polaridad en 1995-1996, durante el mínimo solar, cuando detectó numerosas inversiones de polaridad del campo magnético radial. Posteriormente, sondas espaciales heliosféricas cercanas a la Tierra, como Advanced Composition Explorer , observaron estructuras similares . La sonda solar Parker (PSP) observó el primer cambio brusco el 6 de noviembre de 2018. Se observaron efectos similares a distancias de alrededor y por debajo de 0,3 UA, 1 UA y hasta 2,9 UA y, como señalaron Fedorov et al, "la cuestión de si todas esas observaciones se relacionan con el mismo fenómeno aún está abierta". ^[4]

El 27 de septiembre de 2020, la sonda Solar Orbiter (SolO) de la ESA / NASA tomó muestras de una corriente de viento solar conectada magnéticamente a un agujero coronal del hemisferio sur, mientras se encontraba a 0,98 UA del Sol, y observó un viento solar rápido con fuertes fluctuaciones del campo magnético. Las estructuras observadas por SolO pueden ser efectivamente los restos supervivientes de las curvas cerradas creadas cerca del Sol y también observadas por PSP. ^[4]

Dada la fase del ciclo solar, si PSP estaba en el hemisferio magnético sur, el campo magnético del viento solar siempre debería haber tenido una polaridad magnética orientada hacia adentro, hacia el Sol. En cambio, PSP observó miles de intervalos, cuya duración oscilaba entre segundos y decenas de minutos, en los que la velocidad del flujo del viento solar saltaba repentinamente y la orientación del campo magnético rotaba casi 180° en los casos más extremos, antes de regresar con la misma rapidez a las condiciones originales del viento solar. ^[3]

SolO ha encontrado pistas convincentes sobre el origen de los cambios magnéticos durante su paso más cercano al Sol el 25 de marzo de 2022. Utilizando los datos del Solar Orbiter, Daniele Telloni y Gary Zank y su equipo llegaron a la conclusión de que la teoría basada en los datos de Ulysses es correcta, "demostraron que los cambios magnéticos ocurren cuando hay una interacción entre una región de líneas de campo abiertas y una región de líneas de campo cerradas". ^{[6] [7]}

Una teoría, basada en los datos de Ulysses , sugiere que los cambios de dirección son el resultado de un choque entre campos magnéticos abiertos y cerrados. Cuando una línea de campo magnético abierto roza un bucle magnético cerrado, pueden reconfigurarse en un proceso llamado reconexión por intercambio, una reorganización explosiva de los campos magnéticos que conduce a una forma de cambio de dirección. La línea abierta se une al bucle cerrado, liberando una ráfaga de plasma caliente del bucle, mientras "pega" los dos campos en una nueva configuración. Ese chasquido repentino crea una torcedura en forma de S en la línea de campo magnético abierto antes de que el bucle se vuelva a sellar. La sonda solar Parker observó su primer cambio de dirección el 6 de noviembre de 2018. El cambio de dirección observado fue cercano al modelo desarrollado. ^{[2] [8]}

Una segunda teoría coincide en la importancia de la reconexión de intercambio, pero difiere en la naturaleza de los cambios de dirección en sí. En lugar de considerar los cambios de dirección como una torcedura en una línea de campo magnético, la segunda teoría sugiere que es la firma de un tipo de estructura magnética, llamada cuerda de flujo . ^{[2] [9]}

Otra teoría sugiere que las curvas se forman naturalmente a medida que el viento solar se expande en el espacio. ^{[2] [10]}

Los zigzags, que son esencialmente curvas en forma de S en las líneas de campo magnético que emanan del Sol, parecen surgir de una reconfiguración de las líneas de campo magnético abiertas y en bucle que ya se encuentran en la atmósfera del Sol. Cuando una línea de campo magnético abierta se encuentra con un bucle magnético cerrado, pueden experimentar un proceso llamado reconexión por intercambio. Esto permite que la línea de campo magnético abierta se ajuste al bucle y permite que un lado del bucle magnético anteriormente cerrado se conecte al campo magnético solar que se extiende hacia afuera, hacia el sistema solar. Este proceso crearía una curva en forma de S que fluye hacia afuera en la línea de campo magnético abierta recién formada, una forma que sigue los zigzags medidos por la sonda solar Parker. ^[1]

• 
  Ilustración de la sonda solar Parker volando a través de una curva en el viento solar.
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  Ilustración de la circulación global del campo magnético posibilitada por la reconexión por intercambio. En este escenario, una línea de campo magnético abierta (A) es arrastrada contra un gran bucle coronal por la circulación global en la corona, (B) sufre una reconexión por intercambio y (C) salta efectivamente el ancho aproximado del bucle originalmente cerrado, lo que genera un retroceso en forma de S en el campo magnético hacia la corona. ^[3]
• 
  Cerca del Sol, y especialmente por encima de las regiones activas, hay líneas de campo magnético abiertas y cerradas. Las líneas cerradas son bucles de magnetismo que se arquean hacia la atmósfera solar antes de curvarse y desaparecer de nuevo en el Sol.

• Reconexión magnética

• Schwadron, NA; McComas, DJ (2021). "Explicación de los zigzags: campos superparker: el otro lado de la espiral subparker". The Astrophysical Journal . 909 (1): 95. arXiv : 2102.03696 . Código Bibliográfico :2021ApJ...909...95S. doi : 10.3847/1538-4357/abd4e6 . S2CID  231846671.
• Bale, SD; et al. (junio de 2023). "Reconexión por intercambio como fuente del viento solar rápido dentro de los agujeros coronales". Nature . 618 (7964): 252–256. arXiv : 2208.07932 . Bibcode :2023Natur.618..252B. doi : 10.1038/s41586-023-05955-3 . ISSN  1476-4687. PMC  10247371 . PMID  37286648. S2CID  254247367.