El problema del calentamiento coronal: ¿por qué la corona del Sol está tan caliente?

Enciende una fogata y el aire se vuelve más frío cuanto más te alejas de ella. Esa es la regla de sentido común del calor: aléjate de la fuente y sentirás menos calidez. El Sol rompe esta regla de manera espectacular. Su superficie visible hierve a unos 5.500 grados Celsius, pero la tenue atmósfera exterior que flota por encima de ella —la corona— arde a más de un millón de grados. Te alejas del horno y, de algún modo, sientes cientos de veces más calor. Los físicos llevan dándole vueltas a esto desde el siglo XIX, y tienen un nombre para ello: el problema del calentamiento coronal. Sigue siendo, en palabras de los investigadores, una de las preguntas abiertas más tercas de la astrofísica.

Los hechos documentados

La diferencia de temperatura no es sutil. La NASA sitúa la superficie del Sol, llamada fotosfera, en unos 6.000 Kelvin (aproximadamente 5.500 °C), mientras que la corona "alcanza con regularidad temperaturas de entre 1 y 3 millones de Kelvin" —del orden de 300 veces más caliente que la superficie que tiene justo debajo (NASA Goddard). Esa inversión es real, está medida y se mantiene constante a lo largo de décadas de observación.

¿Cómo sabemos siquiera que la corona está tan caliente? La respuesta es una pieza de trabajo detectivesco genuinamente preciosa. Durante el eclipse solar total de 1869, los observadores registraron en el espectro de la corona una brillante línea de emisión verde que no coincidía con ningún elemento conocido. Durante décadas, los científicos la atribuyeron a un hipotético elemento nuevo que llamaron "coronio" (coronium). El misterio se disolvió a principios de la década de 1940, cuando el espectroscopista sueco Bengt Edlén —partiendo de una idea clave del astrofísico alemán Walter Grotrian de 1939— demostró que la línea verde no correspondía a ningún elemento nuevo. Era hierro al que se le habían arrancado trece de sus electrones (Fe XIV). Despojar a un átomo hasta dejarlo tan desnudo requiere una energía asombrosa, lo que significaba que el gas que producía la línea tenía que haberse calentado a más de un millón de grados (Frontiers in Astronomy and Space Sciences; Encyclopedia.com sobre Edlén). El descubrimiento era tan contraintuitivo que no se aceptó de inmediato. Mediciones posteriores lo confirmaron.

Así que el hecho está zanjado. La corona realmente está a millones de grados, y se asienta sobre una superficie comparativamente fría. La energía para calentarla proviene, en última instancia, de abajo —el agitado interior del Sol y sus enmarañados campos magnéticos—, pero exactamente cómo esa energía atraviesa la superficie y se vuelca en la tenue corona es donde la ciencia se vuelve realmente inestable.

La auténtica pregunta abierta

Aquí está el meollo del asunto: ¿de dónde procede el calor de la corona y mediante qué mecanismo se le entrega?

No se trata de un caso en el que los científicos no tengan ni idea. Es el problema contrario: existen mecanismos candidatos bien desarrollados y físicamente plausibles, y la pregunta abierta es cuál de ellos domina, dónde y cuándo. La corona es un cuasi-vacío atravesado por campos magnéticos intensos, y ese magnetismo es casi con toda seguridad el portador de la energía. La dificultad reside en que la acción relevante ocurre en escalas demasiado pequeñas y demasiado rápidas como para que los instrumentos actuales puedan resolverla directamente en todo el Sol. Como lo planteó una revisión, el calentamiento de la corona hasta cientos de veces la temperatura de la fotosfera es "uno de los problemas más desconcertantes y aún sin resolver de la astrofísica hasta la fecha".

Crucialmente, las teorías principales no son folclore. Son física cuantitativa con respaldo observacional que juega a su favor, y por eso el misterio resulta tan atractivo. Estamos lo bastante cerca como para vislumbrar la forma de la respuesta, pero sin poder declarar un ganador.

Teorías e interpretaciones

Teoría 1: Nanofulguraciones (bien respaldada, no confirmada como dominante). La superficie del Sol está salpicada de incontables explosiones magnéticas diminutas, cada una de ellas una "nanofulguración" (nanoflare): una prima en miniatura de las gigantescas fulguraciones que acaparan titulares. La idea, propuesta originalmente por el físico Eugene Parker, es que las líneas del campo magnético del Sol se trenzan y se enredan por efecto de los movimientos de la superficie hasta que se rompen y se reconectan en estallidos repentinos, volcando calor en la corona. La prueba más sólida hasta la fecha llegó en 2014, cuando el cohete sonda EUNIS de la NASA detectó una débil emisión procedente de plasma a unos 10 millones de Kelvin —mucho más caliente que la media de la corona—, justo la firma que cabría esperar de breves e intensos estallidos de nanofulguraciones. El autor principal, Jeff Brosius, la calificó como "la prueba más sólida hasta ahora de la presencia de nanofulguraciones" (NASA Goddard, publicada en The Astrophysical Journal, 2014). Prueba sólida, pero no demostración de que las nanofulguraciones realicen la mayor parte del calentamiento en todas partes.

Teoría 2: Calentamiento por ondas, en especial ondas de Alfvén (bien respaldada, no confirmada como dominante). La alternativa es que la energía magnética viaje hacia arriba en forma de ondas. Las ondas de Alfvén —ondulaciones que se desplazan a lo largo de las líneas del campo magnético, predichas por el premio Nobel Hannes Alfvén— pueden generarse por la agitación convectiva que hay bajo la superficie, propagarse hacia la corona y disipar allí su energía en forma de calor. Muchos físicos solares consideran que el calentamiento por ondas y la reconexión magnética son los dos mecanismos más probables (Sky at Night Magazine). La Parker Solar Probe de la NASA, que vuela directamente a través de la corona, lleva a bordo instrumentos diseñados precisamente para captar estas ondas en plena acción.

Teoría 3: Probablemente sean ambas, actuando juntas (interpretación cada vez más aceptada). Una visión en auge sostiene que las nanofulguraciones y las ondas no son explicaciones rivales, sino partes entrelazadas de una misma historia. La misma reconexión magnética que desencadena una nanofulguración puede también lanzar ondas de Alfvén, que luego calientan aún más el plasma circundante. Puede que los dos mecanismos simplemente dominen en regiones o momentos diferentes.

Lo que los datos recientes han hecho a un lado (interpretación, en disputa). La Parker Solar Probe descubrió en el campo magnético del viento solar unos espectaculares pliegues en forma de S llamados "switchbacks", y algunos esperaban que fueran la prueba definitiva del calentamiento. Un análisis de julio de 2024 liderado por la Universidad de Michigan indicó que es improbable que los propios switchbacks sean el principal responsable del calentamiento, aunque los investigadores señalaron que los procesos de ondas que forman los switchbacks aún podrían aportar calor más cerca del Sol (Michigan Engineering News). Un estudio aparte de septiembre de 2024 en Nature Astronomy rastreó el origen de los switchbacks hasta la reconexión magnética en los límites de la red cromosférica del Sol, reforzando el papel más amplio de la reconexión (Nature Astronomy). El resumen honesto: los switchbacks parecen menos la respuesta y más una pista, y el campo todavía carece de los datos necesarios para coronar a un único mecanismo.

La corona, entonces, es uno de esos raros misterios en los que prácticamente podemos extender la mano y tocar la respuesta —una nave espacial está literalmente atravesándola mientras lees esto—, y sin embargo el balance final sigue abierto. Eso es lo que hace que el problema del calentamiento coronal sea tan silenciosamente emocionante. El Sol lleva miles de millones de años derramando sobre nosotros su extraña calidez invertida, y solo ahora estamos lo bastante cerca como para preguntarle, cara a cara, cómo hace el truco.

Fuentes y lecturas adicionales

• NASA Goddard, "Best Evidence Yet for Coronal Heating Theory Detected by NASA Sounding Rocket" — https://www.nasa.gov/content/goddard/best-evidence-yet-for-coronal-heating-theory/
• Frontiers in Astronomy and Space Sciences, "Commentary: Discovery of the Sun's million-degree hot corona" — https://www.frontiersin.org/journals/astronomy-and-space-sciences/articles/10.3389/fspas.2018.00009/full
• Encyclopedia.com, "Edlén, Bengt" — https://www.encyclopedia.com/science/dictionaries-thesauruses-pictures-and-press-releases/edlen-bengt
• University of Michigan Engineering News, "The corona is weirdly hot — Parker Solar Probe rules out one explanation" (julio de 2024) — https://news.engin.umich.edu/2024/07/the-corona-is-weirdly-hot-parker-solar-probe-rules-out-one-explanation/
• Nature Astronomy, "The origin of interplanetary switchbacks in reconnection at chromospheric network boundaries" (septiembre de 2024) — https://www.nature.com/articles/s41550-024-02321-9
• Sky at Night Magazine, "Solving the Coronal Heating Problem, the Sun's biggest mystery" — https://www.skyatnightmagazine.com/space-science/coronal-heating-problem

Fuentes y lecturas adicionales

• https://www.nasa.gov/content/goddard/best-evidence-yet-for-coronal-heating-theory/
• https://www.frontiersin.org/journals/astronomy-and-space-sciences/articles/10.3389/fspas.2018.00009/full
• https://www.encyclopedia.com/science/dictionaries-thesauruses-pictures-and-press-releases/edlen-bengt
• https://news.engin.umich.edu/2024/07/the-corona-is-weirdly-hot-parker-solar-probe-rules-out-one-explanation/
• https://www.nature.com/articles/s41550-024-02321-9
• https://www.skyatnightmagazine.com/space-science/coronal-heating-problem