Un equipo de científicos, por primera vez, utilizó un modelo de computadora único y cohesivo para simular el ciclo de vida completo de una llamarada solar: desde la acumulación de energía a miles de kilómetros debajo de la superficie solar, hasta la aparición de enredos magnéticoslíneas de campo, a la liberación explosiva de energía en un destello brillante.
El logro, detallado en el diario Astronomía de la naturaleza , prepara el escenario para que los futuros modelos solares simulen de manera realista el clima del Sol a medida que se desarrolla en tiempo real, incluida la aparición de manchas solares turbulentas, que a veces producen erupciones y eyecciones de masa coronal. Estas erupciones pueden tener impactos generalizados en la Tierra, desdeinterrumpir las redes eléctricas y las redes de comunicaciones, dañar los satélites y poner en peligro a los astronautas.
Los científicos del Centro Nacional de Investigación Atmosférica NCAR y el Laboratorio de Astrofísica y Solar Lockheed Martin lideraron la investigación. La nueva simulación completa captura la formación de una llamarada solar de una manera más realista que los esfuerzos anteriores, e incluye el espectrode emisiones de luz que se sabe que están asociadas con bengalas.
"Este trabajo nos permite proporcionar una explicación de por qué las bengalas se ven como se ven, no solo en una sola longitud de onda, sino en longitudes de onda visibles, en longitudes de onda ultravioleta y ultravioleta extrema, y en rayos X", dijo Mark Cheung, físico del personal en el Laboratorio de Astrofísica y Solar Lockheed Martin y un erudito visitante en la Universidad de Stanford. "Estamos explicando los muchos colores de las erupciones solares".
La investigación fue financiada en gran parte por la NASA y por la National Science Foundation NSF, que es patrocinador de NCAR.
puenteando las escalas
Para el nuevo estudio, los científicos tuvieron que construir un modelo solar que pudiera extenderse a través de múltiples regiones del Sol, capturando el comportamiento físico complejo y único de cada una.
El modelo resultante comienza en la parte superior de la zona de convección - unos 10,000 kilómetros debajo de la superficie del Sol - se eleva a través de la superficie solar y empuja 40,000 kilómetros hacia la atmósfera solar, conocida como la corona. Las diferencias en el gasla densidad, la presión y otras características del Sol representadas en todo el modelo son enormes.
Para simular con éxito una llamarada solar desde la emergencia hasta la liberación de energía, los científicos necesitaban agregar ecuaciones detalladas al modelo que permitieran que cada región contribuyera a la evolución de la llamarada solar de una manera realista. Pero también tuvieron que tener cuidado de nohace que el modelo sea tan complicado que ya no sería práctico ejecutarlo con los recursos de supercomputación disponibles.
"Tenemos un modelo que cubre una amplia gama de condiciones físicas, lo que lo hace muy difícil", dijo el científico de NCAR Matthias Rempel. "Este tipo de realismo requiere soluciones innovadoras".
Para abordar los desafíos, Rempel tomó prestada una técnica matemática históricamente utilizada por investigadores que estudian las magnetosferas de la Tierra y otros planetas. La técnica, que permitió a los científicos comprimir la diferencia en las escalas de tiempo entre las capas sin perder precisión, permitió al equipo de investigaciónpara crear un modelo que fuera realista y computacionalmente eficiente.
El siguiente paso fue establecer un escenario en el Sol simulado. En investigaciones previas utilizando modelos menos complejos, los científicos han necesitado iniciar los modelos casi en el momento en que estallaría la bengala para poder formar una bengala entodas.
En el nuevo estudio, el equipo quería ver si su modelo podía generar una bengala por sí mismo. Comenzaron creando un escenario con condiciones inspiradas en una mancha solar particularmente activa observada en marzo de 2014. La mancha solar real generó docenas de bengalasdurante el tiempo que fue visible, incluyendo una clase X muy potente y tres erupciones de clase M moderadamente potentes. Los científicos no trataron de imitar la mancha solar de 2014 con precisión; en cambio, aproximaron aproximadamente los mismos ingredientes solares que estaban presentes en ese momento:- y que fueron tan efectivos en la producción de bengalas.
Luego dejaron ir al modelo, mirando para ver si generaría un destello por sí solo.
"Nuestro modelo pudo capturar todo el proceso, desde la acumulación de energía para emerger en la superficie hasta ascender a la corona, energizar la corona y luego llegar al punto en que la energía se libera en una llamarada solar"Dijo Rempel.
Ahora que el modelo ha demostrado que es capaz de simular de manera realista el ciclo de vida completo de una llamarada, los científicos lo probarán con observaciones reales del Sol y verán si puede simular con éxito lo que realmente ocurre en la superficie solar.
"Esta fue una simulación independiente que se inspiró en los datos observados", dijo Rempel. "El siguiente paso es ingresar directamente los datos observados en el modelo y dejar que conduzca lo que está sucediendo. Es una forma importante de validar el modelo,y el modelo también puede ayudarnos a comprender mejor qué es lo que estamos observando en el Sol ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro Nacional de Investigación Atmosférica / Corporación Universitaria de Investigación Atmosférica . Original escrito por Laura Snider. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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