¿Para qué sirve la astrofísica? ¿Por qué gastar cientos de millones de euros en investigar cosas que están ridículamente lejos y que jamás nos van a afectar en nada? Estas son preguntas recurrentes a las que debemos enfrentarnos habitualmente quienes nos dedicamos a la investigación del cosmos y al desarrollo tecnológico asociado. Y, reconozcámoslo, son preguntas muy lícitas, porque ¿para qué sirve investigar el agujero negro en el centro de una galaxia a millones de años luz de distancia? ¿En qué mejora nuestras vidas descubrir el enésimo exoplaneta? ¿Aumenta nuestra esperanza de vida conocer la tasa de formación estelar en nuestra galaxia?

Es entonces cuando recurrimos a respuestas que hemos entrenado durante años. Saltan como resortes, como la respuesta de un estudiante que conoce y espera la pregunta del examen. Primero atacamos con el retorno tecnológico que supone la investigación astrofísica y la exploración espacial: “¿Es que acaso no sabes que el wifi se lo debemos a la radioastronomía? ¿O que tus selfies más virales se deben a las cámaras CCD que se instalan en los telescopios? ¿O que el velcro solo se empezó a usar de manera extendida después de que lo adoptara la NASA para sus trajes espaciales?”. Claro que entonces corremos el riesgo de recibir una contrarréplica: “O sea, varios millones de dinero público gastados, miles de tesis desarrolladas, infinidad de artículos publicados en revistas especializadas para, finalmente, dar con… el velcro”. ¿Y cómo justifica uno entonces que toda la investigación del cosmos sea para no tener que molestarnos en atar los cordones de los zapatos a nuestros hijos e hijas?

Si la duda persiste, nos vemos obligados a reformular la estrategia. Llega entonces el turno de intentar con la “épica del espacio” (pronúnciese en tono solemne). Es entonces cuando declamamos sobre “la emocionante aventura humana”; recitamos acerca de “la incontenible curiosidad de esta especie” que nos hizo salir de la sabana africana hacia las mismísimas estrellas; nos exaltamos defendiendo su “inagotable deseo de aprender” y conquistar otros mundos. Incluso terminamos transmutados en poetas del cosmos y declamamos la belleza de la inconmensurabilidad del cielo cósmico como fuente de verdad absoluta, como si en el diluido medio intergaláctico aflorara el secreto de la vida, el universo y todo lo demás, y los profesionales de la investigación astrofísica fuéramos seres de luz capaces de descifrarlo para el bien de toda la humanidad.

Llevado por su curiosidad (y por su ojo financiero), Galileo construye su propio juguete, pero con un tubo más largo y dos lentes de mayor diámetro y excepcionalmente pulidas. Es uno de los primeros telescopios de la historia

Todas estas son respuestas posibles, sinceras e incluso alguna es veraz, pero reconozcámoslo: estudiar el cosmos no va a servir para descubrir la cura del cáncer (o al menos no es su objetivo directo); no va a resolver el cambio climático (aunque nos puede ayudar a entender su alcance); y mucho menos va a encontrar la solución al hambre global y la falta de agua (aunque los desarrollos asociados a la exploración espacial humana pueden ayudar mucho).

No. La astrofísica, el estudio y la observación del cosmos no pretenden nada de esto. El objetivo de la ciencia del cosmos es generar conocimiento. Conocimiento que nos ayuda a cambiar nuestra Perspectiva (con mayúsculas) sobre lo que somos y lo que seremos. Y esto siempre es bueno, además de inevitable.

Saltemos ahora a la Italia de 1609. Un tal Galileo Galilei escucha hablar de un asombroso invento holandés que está causando furor entre las familias ricas europeas. Se trata de un pequeño tubo en el que se han insertado dos lentes y que, al mirar a través de él, permite ver que “lo que está muy lejos, parezca muy cerca”. Llevado por su curiosidad (y por su ojo financiero), Galileo construye su propio juguete, pero con un tubo más largo y dos lentes de mayor diámetro y excepcionalmente pulidas. Es uno de los primeros telescopios de la historia. Pero Galileo hace algo más alucinante: un simple gesto. Levanta este tubo y mira al cielo nocturno. Y en ese preciso momento, la humanidad cambia radicalmente de Perspectiva (sigue con mayúsculas).

Normalidad oscura

En apenas 400 años de existencia del telescopio, nuestro conocimiento sobre el universo no ha parado de crecer ni un solo instante. Galileo nos expulsó del centro del sistema solar para convertirnos en una pequeña roca que, como un grano de polvo improbable, flota sumergida en la atmósfera de una estrella. El Sol dejó de ser una divinidad perfecta para mostrar manchas, cambios de carácter y habitar en la periferia de una galaxia con forma de espiral. La Vía Láctea, una pequeña excepción luminosa y extravagante en una abrumadora y silenciosa normalidad oscura. La materia y la energía oscura. Y así, cuatrocientos años de titulares que volarían la cabeza de cualquiera, por poco amueblada que la tuviera: “bebes agua extraterrestre”; “por mucho que quieras, no te puedes estar quieto”; “las estrellas cantan”; “en la naturaleza existen fronteras que solo se pueden atravesar una vez”, y, como no, el consabido “somos polvo de estrellas”.

Cada nuevo gran descubrimiento astrofísico nos voltea y zarandea. Como en una atracción de feria desatada, esta ciencia nos sacude descontroladamente para expulsarnos alegremente de nuestra manida “zona de confort”. Literalmente, nos cambia la Perspectiva de arriba a abajo.

En 1971, el astronauta Al Worden orbitó más de setenta veces la Luna a bordo del módulo de mando de la Apolo 15, mientras sus otros dos compañeros de misión paseaban por la superficie de nuestro satélite. En aquella inmensa soledad, el astronauta contemplaba embobado la blanca superficie lunar cuando, al girar la cabeza, vió una brillante esfera azul sobre un profundo e infinito negro.  Al regresar a nuestro planeta, escribió este poema: 

Ahora ya sé por qué estoy aquí: 

No por mirar de cerca a la Luna.

Sino por mirar hacia atrás. 

Hacia nuestro hogar. 

La Tierra (*)

Para esto sirve la astrofísica. Para mirarnos a nosotros mismos desde otra perspectiva…bueno, y para tener velcro.

(*) “Perspectiva” (1971), Al Worden 

Tras regresar de un vuelo orbital alrededor de la Luna.

En 1908, George Ellery Hale, un astrónomo americano y visionario promotor y constructor de grandes observatorios, publica un extenso artículo en el que defiende que las grandes manchas oscuras del Sol - observadas por Galileo trescientos años antes - eran el resultado de grandes concentraciones de campo magnético existentes en nuestra estrella. Desde su torre solar de 60 pies de altura en el observatorio de Monte Wilson, del que era director, Hale acababa de detectar la primera evidencia de campo magnético fuera de nuestro planeta: el Sol era un enorme imán.

Más de cien años después, el día a día de la práctica mayoría de los físicos y físicas solares consiste en observar, analizar y estudiar el campo magnético del Sol. Y no es de extrañar, porque buena parte de los fenómenos que observamos en nuestra estrella - desde las mencionadas manchas solares hasta las grandes eyecciones de masa coronal que ponen en jaque nuestras telecomunicaciones - están directamente relacionados con esta fuerza fundamental de la naturaleza, la misma que hace sujetar los imanes en la puerta de la nevera de nuestras casas.

Entender el Sol y su influencia directa sobre nuestro planeta y el resto del sistema solar exige comprender su campo magnético.

Desde aquel artículo de Hale, se han construido unos cuantos grandes telescopios solares, se han lanzado varias misiones espaciales para orbitar nuestra estrella y, sobre todo, se han publicado infinidad de trabajos que han hecho avanzar enormemente nuestro conocimiento sobre el magnetismo solar. Pero como es habitual en ciencia, cuanto más se avanza, más camino queda por recorrer. A pesar del tiempo transcurrido desde el descubrimiento del campo magnético solar, aún no se sabe exactamente cómo se genera, cómo evoluciona o cómo interacciona con el plasma solar (que no son pequeños detalles, precisamente)

Dos proyectos están en marcha para seguir avanzando en nuestra comprensión sobre el campo magnético solar y su influencia sobre nuestro planeta. Son dos proyectos muy diferentes, pero complementarios. Uno es un gran telescopio solar - el mayor jamás construido en Europa - para observar el Sol desde tierra como nunca se ha hecho. El otro es una misión espacial. El primero aún está en fase de diseño. El segundo ya nos ha enviado los primeros resultados. A pesar de estas diferencias, los dos tienen un elemento en común: son proyectos predominantemente europeos con un fuerte liderazgo español.

Desde el espacio: Solar Orbiter

Solar Orbiter ha sido una de las buenas noticias científicas de este vírico verano. Se trata de una misión espacial desarrollada por la Agencia Espacial Europea (ESA) y con la participación de la NASA. Tras una década de desarrollo despegó hacia su órbita alrededor del Sol el pasado 9 de febrero y en julio se presentaron sus primeros resultados científicos. Entre ellos se encuentra el primer mapa magnético del Sol obtenido desde el espacio sin intervención humana. Es decir, en lugar de enviar los datos en bruto a tierra - algo muy costoso en tiempo debido a su gran tamaño -, Solar Orbiter es capaz de procesar estos datos y convertirlos en mapas de las magnitudes físicas solares – mucho más ligeros -  para su envío al centro de operaciones terrestres, y todo ello de manera autónoma. El instrumento capaz de realizar esta “ciencia a bordo” es el magnetógrafo PHI, cuyo diseño y construcción ha sido coliderado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), un centro del CSIC situado en Granada. PHI es capaz de obtener y enviar un mapa magnético del sol como el de la figura directamente desde el espacio, una tarea que en palabras de José Carlos del Toro Iniesta - investigador del IAA-CSIC que colidera el instrumento - “en tierra se obtendría tras un tedioso trabajo realizado por cincuenta ordenadores y después de un tiempo considerable”.

Pero Solar Orbiter es una misión única por más aspectos. Aún en fase de crucero inicial, en los próximos meses se acercará al Sol con una órbita a una distancia inferior a la de Mercurio y fuera de la eclíptica, lo que le permitirá estudiar los polos del Sol, inobservables desde tierra y cruciales para entender la generación y evolución del campo magnético en nuestra estrella. Además, sus instrumentos tomarán medidas locales y remotas, lo que aportará la primera visión completa tanto de la física solar como de la influencia de esta en el medio interplanetario.

Desde Tierra: el Telescopio Solar Europeo (EST)

Aunque observar el Sol desde el espacio tiene muchas ventajas, acarrea una importante limitación: es muy complejo situar un gran y pesado telescopio fuera de nuestra atmósfera, lo que es una pena, porque cuanto mayor es el diámetro del espejo de un telescopio, más sensibilidad y mejor resolución obtenemos en sus imágenes.

La astronomía “nocturna” está acostumbrada a telescopios de cerca de una decena de metros de apertura, pero los telescopios solares construidos en la última década apenas superan un metro de diámetro. Un telescopio solar de varios metros de diámetro supondría un tremendo salto cualitativo dentro de la física solar, ya que ofrecería la resolución óptima para discernir cómo es el campo magnético solar a pequeña escala, algo inalcanzable con los telescopios operativos actualmente tanto en tierra como en el espacio. Es en esta pequeña escala (de apenas unos pocos kilómetros sobre la superficie solar) donde la interacción del campo magnético con el plasma solar genera los procesos clave que sirven de semilla a las grandes y energéticas explosiones y en general a todos los fenómenos solares de gran escala que determinan su influencia sobre el resto del sistema solar. De alguna manera, un telescopio solar de varios metros nos permitiría escudriñar el Sol como si lo observáramos bajo la lente de un microscopio.

Pero construir un telescopio solar esta envergadura supone un reto científico y tecnológico fabuloso. Solo gestionar la enorme cantidad de calor que acumularía al concentrar la energía solar sobre sus instrumentos implica el desarrollo de toda una nueva tecnología. Lo mismo ocurre con el diseño y construcción de sistemas ópticos activos capaces de adaptarse a la turbulencia en tiempo real con el objeto de lograr imágenes del Sol tan nítidas como las que obtendríamos de no haber atmósfera entre él y nosotros.

Son solo algunos ejemplos de la innovación tecnológica que va a suponer Telescopio Solar Europeo (EST), un telescopio solar de cuatro metros de apertura – el mayor en suelo europeo – que se emplazará en las Islas Canarias y el que actualmente trabaja un consorcio liderado por España y formado por veintiséis instituciones de dieciocho países europeos.

EST y Solar Orbiter supondrán un antes y después en la física solar en general y en nuestra comprensión del campo magnético del Sol en particular. Algo que tal vez ya imagino la mente inquieta de Hale cuando aquel 1908 determinó sin lugar a dudas que nuestra estrella era un gigantesco imán en el cielo. Más de cien años después, ya sea desde el espacio o desde Tierra, seguimos atrapados por su magnetismo solar. 

Para saber más:

https://www.iaa.csic.es/noticias/el-instrumento-sophi-bordo-mision-solar-orbiter-obtiene-el-primer-mapa-magnetico-autonomo

http://www.est-east.eu/communication