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ZAPPING 0175, 27-may-2003

Los retorcidos misterios del Sol

Algunos números

El Sol es, lejos, el mayor objeto del Sistema Solar. Contiene más del 99,8% de la masa total del sistema. Júpiter contiene la mayor parte del resto.

 

El Sol está no es un objeto estático. Evoluciona y su composición se va modificando con el tiempo. En la actualidad está formado, midiendo la masa, por alrededor de un 75% de hidrógeno y un 25% de helio. En cantidad de átomos la cifra es 92,1% de hidrógeno y 7,8% de helio. El resto de elementos es de sólo un 0,1%. Estas proporciones cambian lentamente a medida que el Sol convierte el hidrógeno en helio en su núcleo.

Las capas más superficiales del Sol exhiben una rotación diferencial: en el ecuador la superficie gira una vez cada 25,4 días, pero cerca de los polos tarda 36 días. Este extraño comportamiento se debe al hecho de que el Sol no es un cuerpo sólido como la Tierra. Los planetas gaseosos muestran efectos similares. La rotación diferencial continúa considerablemente hacia el interior del Sol, pero el núcleo gira como un cuerpo sólido.

Las condiciones en el núcleo del Sol son extremas. La temperatura alcanza los 15,6 millones de grados Kelvin y la presión es de 250.000 millones de atmósferas. Los gases del núcleo están comprimidos hasta una densidad 150 veces la del agua.

La energía radiante del Sol (3,86 x 1033 ergios/seg ó 386 trillones de megavatios) está producida por reacciones de fusión nuclear. Cada segundo se convierten unas 700.000.000 de toneladas de hidrógeno en 695.000.000 toneladas de helio y 5.000.000 toneladas (=3,86 x 1033 ergios) de energía en forma de rayos gamma. A medida que viaja hacia la superficie, la energía es absorbida y reemitida continuamente a temperaturas cada vez menores, de manera que cuando alcanza la superficie se ha convertido en su mayor parte en luz visible. Durante el último quinto del camino hacia la superficie la energía es transportada mediante convección más que por radiación.

La superficie del Sol, llamada fotósfera, está a una temperatura de unos 5.800 K. Las manchas solares son regiones "frías" a unos 3.800 K (parecen oscuras sólo por comparación con las regiones adyacentes). Las manchas pueden ser muy grandes, de hasta 50.000 km de diámetro (para tener una idea de la enormidad, recordemos que la Tierra tiene algo más de 12.500 km de diámetro). Las manchas están causadas por complejos fenómenos, aún por aclarar, en el campo magnético solar.

Por encima de la fotósfera se extiende una pequeña región conocida como cromósfera. La región altamente enrarecida situada por encima de la cromósfera se denomina corona y se extiende millones de kilómetros en el espacio, aunque sólo es visible durante los eclipses totales. La temperatura en la corona es de más de 1.000.000 K.

El campo magnético solar es muy fuerte (en comparación con el terrestre) y muy complejo. Su magnetosfera (también conocida como heliosfera) se extiende hasta más allá de Plutón. Además de luz y calor, el Sol emite un chorro de baja densidad de partículas cargadas (principalmente electrones y protones) denominado viento solar, que se propaga a través del Sistema Solar a unos 450 km/seg. El viento solar y las partículas mucho más energéticas eyectadas por las erupciones solares pueden tener efectos dramáticos en la Tierra: desde sobrecargas en las redes eléctricas hasta interferencias de radio, pasando por las bellísimas auroras.

La sonda Ulyses ha enviado datos que muestran que el viento solar que emana de las regiones polares fluye casi al doble de velocidad (750 km/seg) que el de las otras latitudes. También parece que la composición del viento solar es diferente en las regiones polares. El campo magnético solar parece ser sorprendentemente uniforme. El viento solar tiene un gran efecto en las colas de los cometas e incluso afecta de manera medible a las trayectorias de las sondas espaciales. En la corona solar se hacen visibles a menudo espectaculares bucles y prominencias.

La emisión del Sol no es totalmente constante. Ni lo es la cantidad de manchas solares. Hubo un período de muy baja aparición de manchas durante la segunda mitad del siglo XVII, llamado "El mínimo de Maunder". Coincidió con un período inusualmente frío en el norte de Europa, que a veces se denomina la Pequeña Edad del Hielo. Desde que se formó el Sistema Solar la emisión del Sol ha crecido en un 40%.

El Sol tiene alrededor de 4.500 millones de años de edad. Desde su nacimiento ha consumido la mitad del hidrógeno de su núcleo. Continuará irradiando "tranquilamente" durante otros 5.000 millones de años, más o menos (aunque su luminosidad se doblará en ese período). Pero en algún momento se acabará su provisión de hidrógeno. Entonces tendrán lugar cambios radicales que, según lo habitual para una estrella, producirán la destrucción total de la Tierra (y, probablemente, la creación de una nebulosa planetaria).


Estructuras en el Sol

 
Eyección coronal masiva

Algunas historias de CF imaginaron seres vivos que podían vivir en el Sol. He escuchado discusiones sobre la "imposibilidad" de esto, puesto que la vida requiere organización, estructura, y en el horno solar, a temperaturas de miles de grados, eso "es imposible". Para las formas materiales, ciertamente es así. Los metales estarían en estado líquido y la mayoría de los minerales que componen a los seres vivos que conocemos estarían gasificados y convertidos en elementos básicos. Sin embargo, hay otras formas de organización. Y los gases calientes y los líquidos hirvientes —más si son metales ferrosos en estado líquido, sensibles al magnetismo— pueden ordenarse, por qué no, en estructuras y formas. Aunque nos parezca extremadamente lejano a lo que es una forma de vida estructurada, un vórtice de forma helicoidal puede ser (nunca se sabe) un vislumbre, o un primer paso, para una organización y estructuras subyacentes. Lo que sigue nos muestra un ejemplo interesante de las raras cosas que se pueden encontrar, y observar, en el Sol.

Los físicos solares del Mullard Space Science Laboratory (MSSL, University College London) en Surrey han encontrado nuevas pistas que ayudan a solucionar un rompecabezas científico que se mantuvo por treinta años. El tema es por qué eyecta el sol enormes burbujas de gas electrificado, conectadas con el campo magnético, a las que se conoce como eyecciones coronales masivas (coronal mass ejections, CMEs). En un artículo científico publicado en la revista Journal of Solar Physics, explican que la clave para entender estas CMEs, que causan apagones de energía eléctrica en la Tierra, es que podrían deberse a campos magnéticos en forma de tornado que se originan en las profundidades, en el corazón del Sol.

Las CMEs son violentas erupciones solares que viajan a mil veces la velocidad del avión supersónico Concorde y contienen más masa que el monte Everest. Han mostrado ser peligrosas para la tecnología moderna, como se comprobó en 1989, cuando el viento solar arrastrado por una CME dio contra la Tierra. El choque produjo cortes de energía en todas partes que, por ejemplo, le costaron a la red interconectada canadiense varios millones de dólares en daños.

El primero de junio de 1999 se produjo una tremenda explosión en la superficie del Sol, que disparó un chorro de plasma supercaliente que transportaba energía magnética al espacio a una velocidad de 1.000 kilómetros por segundo. En el Centro Espacial Goddard de la NASA este evento fue calificado como de alto riego para el planeta. Si la energía magnética contenida en el gas supercaliente hubiese interactuado con el campo magnético de la Tierra se hubiesen producido, además de espectaculares auroras, cortes de energía, bloqueos en las comunicaciones radiales y telefónicas, y se podrían haber disparado comandos fantasmas en la electrónica de los satélites que podrían haberlos sacado de sus órbitas.


Eyección coronal masiva
 

Visto desde un lado estético, las CMEs son las causantes de las luces de la estratósfera conocidas como auroras boreales y australes.

La doctora Lucie Green del MSSL dice: "Necesitamos saber, definitivamente, por qué se producen las CMEs para que algún día podamos predecirlas, del mismo modo que hacemos con el clima de la Tierra. Esta es la nueva ciencia de la Meteorología Espacial."

Eclipsando artificialmente el Sol se pueden observar las CMEs. Así se puede ver que contienen unas hermosas estructuras retorcidas. Siguiendo la trayectoria hasta llegar a su punto de origen sobre el Sol, se revela que las estructuras retorcidas continúan en la propia superficie. Estas torceduras son parte del campo magnético solar y, como si fueran una banda elástica estirada, contienen energía, con la que disparan la CME hacia el espacio.

 
Eyección coronal masiva

Hasta hace poco se desconocía el origen de esta torsión (que es más precisamente un giro helicoidal). Hay dos opciones, la primera de ellas que es creada en la superficie del Sol. Pero ahora un grupo de científicos del MSSL, junto a colegas de Francia y Argentina, han estudiado las regiones de origen de las CME utilizando datos de los satélites internationales SoHO y Yohkoh, descubriendo que la segunda y más probable explicación es que el campo magnético ya brota con este giro helicoidal, o retorcimiento, desde las profundidades del Sol. Allí el gas está subiendo y bajando constantemente a causa del calor que produce el horno de fusión en el núcleo solar. Es posible que ese movimiento esté relacionado directamente con la creación del campo magnético, en un fenómeno conocido como "dínamo solar".

La doctora Green dice: "Recién en los últimos treinta años tuvimos noticia de la existencia de las CMEs. El Reino Unido es líder en la física solar y esos nuevos resultados nos ayudan a hacer avances sustanciales en este fenómeno hermoso, pero potencialmente peligroso."


Arcos en el Sol


Arcos en el Sol
 

Horas después de que se desprenden las llamaradas solares, se suelen ver unos arcos, o rulos, sobre la superficie. El material se eleva sobre la corona y se apoya en unas "patas" sobre la superficie. La forma de estos rulos o arcos son reflejo de las líneas de fuerza de poderosos campos magnéticos.


El gran show de las auroras

El 21 de octubre de 2001 una eyección coronal masiva barrió nuestro planeta a las 16:45 UT, disparando una tormenta geomagnética. El campo magnético interplanetario cercano a la Tierra se desplazó hacia el sur —una condición que amplifica la actividad geomagnética— y, como resultado, la tormenta persistió durante 36 horas. En todo el mundo se produjeron auroras, que fueron tomadas por diversos fotógrafos. He aquí una breve galería:


Finlandia

Estados Unidos

Finlandia

Australia

Finlandia

Estados Unidos

Noruega

Estados Unidos

Estados Unidos


¿Se achica el Sol?

Algunos científicos, basándose en mediciones realizadas, creen que el Sol se ha ido contrayendo en los últimos tiempos. La luminosidad del Sol (la luminosidad, en este caso, es la energía que entrega) en relación con su radio mostraría que el radio del Sol se está achicando unos 74 centímetros por año.

¿Por qué razones podría achicarse? Asumiendo que es a causa de la gravedad, con el ritmo de 74 cm por año, en unos quinientos años debería haberse notado una variación de 0,005 segundos de arco. Lo cierto es que recién ahora se tienen instrumentos con precisión suficiente para confirmar estas variaciones.

La masa del Sol disminuye constantemente a causa del proceso de producción de energía radiante. La cuenta se hace así:


    Masa solar = 1,989 x 1033 g
    Luminosidad absoluta = 3,86 x 1033 erg/sec
    Velocidad de la luz c = 2,99 x 1010 cm/sec

Usando la famosa ecuación de Einstein: "E = mc2" y despejando el término m (masa):


    m   = E/c2  
Ingresando los valores:

    m  = 3,86x1033/(2,99x1010)2 
    m  = 4,289x1012 g/sec
obtenemos una pérdida de masa solar en energía de 4,289x1012 g cada segundo. Expresado de otra forma, el Sol pierde 1,353x1020 g cada año en forma de energía.

Se estima que el Sol tiene durará alrededor de 5x109 años a partir de hoy. Si asumimos que el ritmo de consumo de combustible (la luminosidad dada arriba) se mantendrá constante, en el tiempo que le queda de vida perderá:


    masa = (1,353x1020 g/año) * 5x109 años = 6,8 x 1029 g

En toneladas por segundo, el proceso de fusión del Sol convierte alrededor de 700 millones de toneladas de hidrógeno en helio. En este proceso, el 0,7 por ciento de la materia original del hidrógeno (5 millones de toneladas) se convierte en energía pura.

Debido a que la masa actual del Sol es de is 1,89 x 1033 g, el porcentaje que se convertirá en energía en su vida restante es:

6,8 x 1029 g / 1,989 x 1033 g = 0,00034 de su masa actual, ó 0,034 por ciento. Dicho de otro modo, la masa del Sol al final de su tiempo de vida como estrella radiante será de 99,966% de su masa actual. Es decir, no es para preocuparse.

Por otra parte, caen cometas en el Sol todo el tiempo, y el polvo que se produce por los asteroides que se estrellan entre sí y contra cometas en el Sistema Solar interior cae al Sol segundo a segundo. Es decir, el Sol no sólo pierde masa continuamente, también la recupera.

La especulación de que el Sol se habría reducido de tamaño ha generado enormidad de controversias y discusiones, especialmente entre los "evolucionistas", que creen en una evolución del planeta y de la vida del orden de miles de millones de años, tal como la define la ciencia actual, y los "creacionistas", que creen que el universo fue creado por Dios hace no mucho tiempo. A los creacionistas le ha caído muy bien la noticia de que el Sol se está achicando, ya que al proyectar el tamaño en el tiempo encuentran interesantes resultados, que a su juicio demuestran que el Sistema Solar (especialmente la Tierra y la vida sobre ella) no pueden existir desde hace eones, como afirma la ciencia.

En 1987, varios astrónomos del Observatorio de París hicieron un anuncio respecto al tamaño del Sol que tomó por sorpresa a sus colegas (R. Kippenhahn, Discovering the Secrets of the Sun, Wiley Press, 1994, pg. 163). Dijeron que los datos de los eclipses solares de 1666 y 1719 demuestran que entonces el Sol era unos 2.000 km más grande que lo que es hoy. Sacando la cuenta, se obtiene una reducción porcentual de un 0,3 por ciento.

Lo cierto es que se considera que los datos de los eclipses tienen errores, por lo que los astrónomos no creen que haya existido esa contracción.

(Traducido, adaptado y ampliado por Eduardo J. Carletti de varios sitios en Internet.)


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