La estrella anfitriona de la Tierra puede ser bastante temperamental, lo que obliga a los astrónomos a lanzar satélites y sondas en misiones para vigilar de cerca las llamaradas masivas del Sol. Pero los instrumentos que apuntan hacia el Sol tienden a adquirir una visión nublada como resultado de una capa misteriosa que ha desconcertado a los científicos durante años.
Instrumentos a bordo de la NASA Observatorio de Dinámica Solar (SDO), que ha estado observando el Sol desde 2010, degradado en un 40% en los cinco años siguientes a su lanzamiento. Hoy, un grupo de científicos puede haber identificado finalmente al culpable detrás de la perspectiva borrosa de la nave espacial: el agua.
«La degradación de los satélites de observación del Sol ocurrió antes de que SDO tuviera un problema… pero la causa no estaba clara», dijo Robert Berg, investigador del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE. UU. y uno de los autores detrás de un nuevo estudio. estudiar publicado en Física Solar, le dijo a Gizmodo en un correo electrónico. Estudios anteriores «nombraron la oxidación como una de varias causas posibles, pero el agua no se propuso como oxidante», agregó.
Para descifrar el código, los científicos detrás del nuevo estudio utilizaron un acelerador de partículas del tamaño de una habitación para replicar las condiciones impuestas por el clima espacial. Descubrieron que los átomos de oxígeno de las moléculas de agua se combinaban con el aluminio de los instrumentos de una nave espacial para producir una capa nebulosa de óxido de aluminio que bloquea los rayos entrantes del Sol.
En la nueva investigación publicada el jueves, científicos del NIST y del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder detallaron estos nuevos e importantes hallazgos. «No pudimos exponernos a años de radiación, pero junto con un modelo de crecimiento de óxido, mostramos de manera bastante convincente que el vapor de agua con luz ultravioleta podría causar las pérdidas observadas», Charles Tarrio, físico del NIST y autor principal. del nuevo estudio, explicado en un correo electrónico.
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Las naves espaciales que observan el Sol usan filtros de aluminio, cada uno más pequeño que un sello postal y más delgado que el cabello humano, para recolectar la luz ultravioleta extrema, una longitud de onda de luz emitida por el Sol que es demasiado corta para que la vea el ojo humano. Aunque EUV representa una pequeña fracción de la cantidad total de luz del Sol, juega un papel vital al notificar a los científicos cuándo la estrella está a punto de tener un estallido.
El Sol ocasionalmente deja escapar ráfagas de energía conocidas como eyecciones de masa coronal—gigantescas explosiones de partículas cargadas que se extienden lejos del Sol como látigos calientes. Estos eventos pueden afectarnos aquí en la Tierra, dando como resultado tormentas geomagnéticas que causan interrupciones en las redes eléctricas y los sistemas de navegación.
Al monitorear el Sol con sondas solares y satélites, los científicos pueden manejar mejor su calendario de brotes. Desafortunadamente, sin embargo, las naves espaciales que miran hacia el Sol tienden a perder su capacidad de capturar la luz EUV a los pocos años de entrar en servicio. El filtro de una nave espacial generalmente transmite alrededor del 50 % de la luz EUV a través de su detector al comienzo de su misión, disminuyendo al 25 % dentro de un año y al 10 % dentro de cinco años, según NIST. Los investigadores basaron esto en su estudio de SDO, pero dicen que otras naves espaciales sufrieron el mismo destino.
Otros ejemplos de degradación de naves espaciales incluyen el instrumento LYRA a bordo del satélite europeo PROBA2, el instrumento SOLSPEC a bordo de la carga útil SOLAR para la Estación Espacial Internacional, que se utilizó para medir la energía solar, y el telescopio Solar Diameter Imager y Surface Mapper a bordo del Nave espacial PICARD, según Berg.
Durante años, los científicos creyeron que los filtros estaban desarrollando una capa de carbono, como resultado de la contaminación de la nave espacial. Pero el mismo grupo de científicos detrás de la nueva investigación refutó esa teoría en 2021 antes de volver inmediatamente a la mesa de dibujo. “La otra cosa que apunta hacia la oxidación es que los instrumentos de la nave espacial se han construido para ser cada vez más limpios en las últimas décadas, con el objetivo de eliminar las fuentes de moléculas orgánicas que conducen a la deposición de carbono”, dijo Tarrio. “Sin embargo, muchos instrumentos todavía muestran una degradación significativa. Esto apunta lejos del crecimiento del carbono”.
Usando un acelerador de partículas para generar luz EUV, los investigadores desviaron esta luz a los filtros de la nave espacial usando espejos mientras los exponían al vapor de agua. Después de 20 días, los filtros desarrollaron una capa de óxido de aluminio. La capa no era lo suficientemente gruesa como para obstaculizar la capacidad de los filtros para capturar la luz EUV, pero probablemente se habría vuelto aún más gruesa durante un período de tiempo más largo. Los científicos también crearon modelos teóricos que coincidían con lo que le sucedía a la nave espacial en la vida real.
Entonces, ¿cómo se formó la capa de óxido en primer lugar? Los científicos creen que el agua de la manta térmica de la nave espacial, que se usa para controlar la temperatura de la nave espacial, interactúa con el aluminio del filtro para producir la capa oxidada que luego bloquea la luz para que no viaje a través del detector.
La nueva investigación podría informar mejor el diseño de futuras naves espaciales que miren al Sol para ayudar a prevenir su rápida degradación. Una cosa que sugirieron los investigadores fue agregar una capa de carbono para detener el movimiento de los iones de aluminio, así como tubos que bloqueen el vapor de agua entrante.
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