LAS MANCHAS SOLARES: El sol al descubierto por increíbles regiones oscuras en su fotósfera.

José María Gómez^*

Introducción

Un viejo conocido de los seres humanos es aquel astro que aparece día a día regalándonos su vital luz y cuya ausencia por lo general nos entristece. El mismo guarda sorprendentes características que a menudo son desconocidos por la gente como ser su movimiento aparente que va cambiando el lugar de su salida y puesta diaria a tal punto de que en invierno sale mucho más al norte y en verano mucho más al sur, todo esto de manera muy notoria y que además varía de país en país dependiendo de la latitud.

Pero ahora nos enfocaremos en algunos fenómenos que ocurren en el interior del sol y no en su movimiento aparente. Durante muchos años se desconocía la naturaleza de la energía solar, era uno de los grandes enigmas de la ciencia: ¿Qué tipo de energía es la que mantiene al sol y las estrellas encendidas por miles (miles de millones de años)? Hasta mediados del siglo XX se desconocía una fuente que pudiera mantener al sol brillando por tanto tiempo, recién con el desarrollo de la física nuclear pudo entenderse el mecanismo que permitiría al sol y las estrellas mantenerse emitiendo energía en la forma observada por tanto tiempo: La fusión nuclear. 

Estructura del sol

Con el desarrollo de los modelos estelares se pudo comprender que las estrellas tienen una estructura de capas que en el caso del sol es de un núcleo de unos 200 000 Km de radio en donde se produce la fusión del hidrógeno en helio y la liberación de grandes cantidades de energía (temperaturas del orden de 15 000 000 °C). Esto es seguido por una zona de convección en donde el material caliente sube y el material más frío baja de forma similar a lo que sucede en la atmósfera terrestre o en una pava con agua hirviendo. Esta zona se extiende por unos 280 000 Km sobre el núcleo hasta casi la parte externa del astro y es la que se manifiesta en los telescopios ópticos con un aspecto  granular.

Figura 1. Esquema básico del interior del sol. Un núcleo radiativo seguido de una capa convectiva y luego por una atmósfera con un gradiente de temperatura que va aumentando desde la fotósfera pasando por la cromósfera hasta llegar a la corona ( K=°C+273).

Créditos: https://es.wikipedia.org/wiki/Sol.

A la zona convectiva le sigue la atmósfera solar que de manera similar a la terrestre tiene varias capas cada una de ellas con sus características propias como ser su temperatura,densidad y composición química. Esta atmósfera solar se inicia con la fotósfera de unos 500 Km de altura, relativamente delgada comparando con el radio solar de unos 700 000 km (la Tierra tiene unos 6 400 Km) y es el lugar donde se desarrollan unos fenómenos muy característicos del sol del cual hablaremos más abajo con más detalle, tiene una temperatura media de unos pocos miles de grados centígrados (6 000 °C)  .

La siguiente capa se llama cromósfera y se extiende hasta unos 15 000 Km sobre la capa inmediata inferior con temperaturas del orden de  20 000 °C, se caracteriza además por las protuberancias que son grandes emisiones de material eyectados desde el interior solar.

Figura 2. Imagen de una protuberancia tomada por el EIT 304 Å del SOHO.

Créditos: SOHO (ESA & NASA).

La capa externa y de mayor temperatura lo constituye la llamada corona solar , fue observada originalmente a simple vista durante los eclipses del sol y luego mediante la construcción de instrumentos especiales (coronógrafos) que permiten su  estudio en cualquier época del año. Esta parte del sol se extiende hasta más de 2 millones de Km sobre la capa inmediata inferior y alcanza temperaturas increíblemente altas del orden de los 5 000 000 °C ¿Cómo puede ser que ha mayor distancia del sol se tenga mayores temperaturas? Esto puede explicarse por la formación de ondas mecánicas como  las que producen el sonido, que en el caso del sol son generadas por el movimiento convectivo mencionado anteriormente, estas perturbaciones transmiten energía hacia las capas superiores llegando hasta la corona.

Figura 3. Eyección de masa coronal observada por el coronógrafo del SOHO.

Créditos: SOHO (ESA&NASA).

Las manchas solares y la actividd solar

Habiendo descrito la estructura del sol de manera algo sintética nos enfocaremos ahora en la fotósfera.  ¿Sabías que en el sol existen grandes huracanes de fuego?, bueno esta última expresión tómese metafóricamente ya que en realidad estoy hablando de las manchas solares que tienen el aspecto de manchas oscuras, ¡sí por increíble que parezca nuestro Astro Rey tiene partes oscuras!

Se trata de regiones del sol de menor temperatura que su entorno inmediato debido a que campos magnéticos atrapan a las partículas cargadas y energéticas  e impiden que lleguen a la región donde se genera y evoluciona la mancha. Las dimensiones de estas manchas son gigantescas y en un grupo de ellas podría caber varias veces el mismísimo planeta Tierra como se muestra en la figura 4.

Figura 4. Imagen de un grupo de manchas tomadas por instrumentos del Solar and Heliospheric Observatory SOHO, el circulo en negro representa al planeta Tierra y permite comparar su tamaño con el del grupo de manchas.

Créditos: SOHO (ESA & NASA).

Estas manchas van adquiriendo su tamaño máximo de varios miles de kilómetros en un transcurso de varios días e incluso varias semanas, ¿Se pueden imaginar un huracán terrestre que durara varias semanas en su máxima intensidad?.

Figura 5. Mancha solar observada por proyección en el observatorio FP-UNA.

La frecuencia, forma, ubicación y clasificación de estas manchas se relaciona con la llamada actividad solar y puede ser calculada por el número de Wolf W=10g+f siendo g el número de grupos de manchas y f el número de manchas individuales.

Estas manchas fueron estudiadas en el observatorio astronómico Prof. Alexis Troche de la FP-UNA desde fines del 2006 hasta mediados del 2011. Como resultado se obtuvo un registro que sirvió para estudiar la actividad solar en ese periodo, se pudo predecir el comportamiento completo del ciclo 24 del sol . En la figura 6 se muestra la actividad solar registrada en ese periodo en comparación con los registros  del Centro de Análisis de Datos de la Influencia Solar SIDC (Del inglés:  Solar Influences Data Analysis Center) de Bruselas-Bélgica mediante su dependencia llamada  Observaciones Solares de Largo periodo e Indice de Manchas solares  SILSO (Del inglés: Sunspot Index and Long-term Solar Observations).

Figura 6. Actividad solar 2007-2010. Comparación entre los valores obtenidos en la FP-UNA con los del SILSO-SIDC, se observa un mínimo de actividad en fecha cercana al 2009.

Otra forma de analizar esto es la de representar esta secuencia de datos por medio de una curva suavizada de forma a poder visualizar mejor la tendencia en el comportamiento del sol mediante el registro de sus manchas, en la figura 7 observamos el resultado obtenido.

Figura 7. Actividad solar 2007-2010. Comparación entre los valores suavizados obtenidos en la FP-UNA con los del SILSO- SIDC, se observa más claramente un mínimo de actividad en una fecha cercana al 2009 además de una diferencia entre ambos registros sobre todo entre 2007 hasta el 2008 sin embargo, la tendencia seguida es la misma con muy buena aproximación.

El comportamiento del sol develado por sus manchas muestra una periodicidad cercana a los once años y los registros más antiguos datan del siglo XVII y continúan hasta nuestros días ( ver figura 8). Una baja actividad suele relacionarse con periodos de baja temperatura en el planeta como el famoso mínimo de Maunder (y en menor proporción el de Dalton) ocurrido en el siglo XVII y que coincidió con épocas de severos climas fríos registrados en Europa y Asia llegándose inclusive a congelar diversos canales y ríos del hemisferio norte.   

Figura 8. Actividad solar según datos del SILSO- SIDC desde el siglo XVII hasta la actualidad, se observa la periodicidad cercana a los 11 años con los máximos de amplitud de W de entre 75 hasta más de 250.

Créditos: http://sidc.oma.be/silso.

Actualidad

El comportamiento del sol es seguido por instituciones de prestigio mundial como  la NASA y la ESA, agencias espaciales norteamericana y europea respectivamente .Estas dos instituciones han trabajado conjuntamente en el proyecto  Observatorio Solar y Heliosférico SOHO (Del inglés:Solar and Heliospheric Observatory) lanzado en 1995 y que consta de una serie de instrumentos que brindan datos sobre las vibraciones del sol, sus emisiones de alta energía y ha permitido el estudio de las diferentes regiones del sol.    

Por su parte la antes mencionada SIDC del Real Observatorio de Bélgica  mantiene un estudio permanente de la actividad solar mediante sofisticados instrumentos que operan para el estudio de los diferentes fenómenos solares diarios y a largo plazo. 

Entre ellos se destaca el estudio de las manchas solares mediante su dependencia especializada SILSO en donde se realizan estudios como el de predecir la actividad solar en base al seguimiento de manchas solares. Este tipo de cálculos son de utilidad por ejemplo para las misiones espaciales que requieren el conocimiento del comportamiento del sol y de acuerdo a ello programar mejor sus actividades sobre todo para proteger los costosos equipos utilizados. 

Actualmente está en curso el ciclo solar 25 y esperamos en el observatorio de la FP-UNA poder presentar en breve los cálculos prediciendo su comportamiento. 

De esta forma se ha descrito a grandes rasgos la estructura del sol, sus manchas solares, la  relación de estas con la actividad solar y la importancia de esto para la ciencia, la tecnología y en última instancia para la vida de la población en general. 

^* Encargado del Observatorio Astronómico Prof. Alexis Troche Boggino FP-UNA.

BIBLIOGRAFÍA

 FEINSTEIN A., TIGNANELLI H. 2005. Capítulo V. La luz, la radiación y el sol. Objetivo Universo.   Curso Completo de Actualización. Primera edición. Buenos Aires, Argentina: Ediciones COLIHUE S.R.L.319-360.

 MÁRQUEZ RODRÍGUEZ I. 2009.  Cuando calienta el sol. Números. Revista de Didáctica de las Matemáticas. Volumen 72. La Laguna, España: Sociedad Canaria Isaac Newton de Profesores de Matemáticas.47-56.

 SOLAR AND HELIOSPHERIC OBSERVATORY SOHO (ESA & NASA). Consultado el 12 de     septiembre del 2020. Disponible en: https: //sohowww.nascom.nasa.gov/gallery/images

  SOLAR INFLUENCES DATA ANALYSIS CENTER (SIDC). Sunspot Index and Long- term Solar Observations (SILSO) data/image, Royal Observatory of Belgium, Brussels. Consultado el 10 de septiembre del 2020. Disponible en: http://sidc.oma.be/silso

   WIKIPEDIA.2020. El sol. Consultado el 20 de septiembre del 2020. Disponible en:https://es.wikipedia.org/wiki/Sol

  WIKIPEDIA.2020. Mínimo de Maunder. Consultado el 20 de septiembre del 2020.Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Mínimo_de_Maunder

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