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Heliofísica

Presentación

Heliosphere UM es el grupo de física heliosférica y magnetosferica de la Universidad de Murcia. Nuestra investigación se centra en el estudio de las propiedades de la Heliosfera o atmósfera solar, la magnetosfera terrestre y la interacción entre ambas. Dichos medios estan compuestos por plasma, un gas formado por partículas cargadas que interaccionan entre ellas y con campos magnéticos, como los del Sol, la Tierra o los generados por el movimiento de las propias partículas.

La mayor parte de la materia visible del universo es plasma. Gracias a las medidas realizadas por sondas espaciales en nuestro sistema solar, la heliosfera y las magnetosferas planetarias constituyen medios ideales para estudiar los plasmas espaciales y los múltiples fenómenos físicos que tienen lugar en ellos. Nos dedicamos a esta tarea mediante el uso tanto de simulaciones numéricas como de los datos recogidos por varias sondas espaciales. En la sección investigación pueden encontrarse explicaciones más detalladas sobre nuestro trabajo.

Los resultados de nuestras investigaciones sirven para aumentar y mejorar el conocimiento disponible sobre el medio interplanetario. Esto contrubuye a mejorar los modelos de predicción de meteorología espacial, y permite por tanto prevenir los efectos adversos que pueden darse en la Tierra debidos a condiciones extremas en la Heliosfera:desde la pérdida de satélites de telecomunicaciones hasta importantes daños en redes eléctricas. Al igual que con otros desastres naturales, la predicción y la prevención son las claves para amortiguar sus efectos.

Por otro lado, la posibilidad de realizar mediciones en los plasmas del interior de la heliosfera nos permite contrastar teorías sobre el funcionamiento de estos sistemas y extrapolar dichas teorías a plasmas astrofísicos, como los discos de acreción, el medio interestelar o vientos estelares. En dichos casos, sólo las simulaciones numéricas y las observaciones a distancia pueden aportarnos información sobre el estado y evolución del plasma. Así pues, la heliosfera puede considerarse como un laboratorio natural donde poner a prueba teorías y modelos sobre otros plasmas que no son accesibles mediante medidas directas.

magnetosfera
Figura: Regiones principales de la magnetosfera terrestre. Autoría: J.M. Domínguez, adaptado de Pollock et al. (2003)

Ciencia espacial de vanguardia

En nuestro grupo de investigación trabajamos con los datos de las misiones espaciales más recientes destinadas a estudiar las propiedades del los plasmas heliosféricos: Parker Solar Probe (PSP), Solar Orbiter (SolO) y Magnetospheric Multiscale (MMS). Estas misiones nos permiten obtener medidas de altísima resolución y adentrarnos por primera vez en entornos nunca antes explorados. Por medio del análisis de estos datos se está avanzando en dar respuesta a algunas de las cuestiones que llevan décadas debatiéndose en la física heliosférica y al mismo tiempo, plantea nuevas incógnitas por resolver.

La misión Parker Solar Probe fue lanzada por la NASA en Agosto de 2018 y es el primer satélite (y el primer objeto artificial) en acercarse tanto al Sol, a apenas una decena de radios solares en los puntos más próximos de su órbita. La medición del plasma que rodea PSP está aportando información sobre dónde se genera el viento solar, sobre fenómenos más frecuentes de lo esperado, como los latigazos magnéticos ("switchbacks" en inglés), o sobre qué propiedades tiene el viento solar en un estadio tan temprano.

Por su lado, la misión Solar Orbiter fue lanzada por la Agencia Espacial Europea (ESA en sus siglas en inglés) en Febrero de 2020 y, aunque su órbita solamente acerca al satélite a un algo menos de un tercio de la distancia entre la Tierra y Sol (un poco más cerca que la órbita de Mercurio), posee dos ventajas respecto de PSP. Por un lado, SolO está provista de cámaras que le permiten captar imágenes del Sol a una distancia y una resolución nunca antes vistas. Por otro lado, mientras que PSP permanece aproximadamente en el plano de la órbita terrestre, SolO alcanzará latitudes solares de más de 30 grados, permitiendo así obtener observaciones de las zonas polares del Sol, de las cuales conocemos muy poco a día de hoy.

Finalmente, la misión Magnetospheric Multiscale es la que lleva más tiempo en funcionamiento de las tres, habiendo sido lanzada en Marzo de 2015 por la NASA. Consiste en cuatro naves idénticas que orbitan la Tierra dispuestas en diferentes formaciones geométricas a lo largo de la misión. MMS es capaz recoger datos en alta resolución en el entorno de la Tierra, tanto del viento solar, como de la envoltura y la magnetosfera, además de permitir realizar medidas imposibles de obtener por misiones de una sola nave, como PSP o SolO. MMS está siendo fundamental para entender la dinámica de los plasmas cercanos a la Tierra, y es especialmente importante para comprender los mecanismos físicos que la afectan, como la reconexión magnética o la turbulencia.

Parker Solar Probe
Solar Orbiter
Magnetospheric Multiscale

Figura: de izquierda a derecha, interpretación del artista de las misiones Parker Solar Probe, Solar Orbiter y Magnetospheric Multiscale. Fuentes: NASA, ESA y NASA, respectivamente

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Departmento de Electromagnetismo y Electrónica
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