AL SO L Q U E M Á S C A L I E N T A

Divinizado o
“creado por Dios”,
presente en los
monumentos, en
la pintura, el cine,
la literatura, la
música… el Sol ha
sido siempre objeto
de curiosidad y
estudio por parte
del ser humano.
Podría pensarse
que una estrella
tan familiar ya no
puede ofrecer
sorpresas... pero
nada más lejos de
la realidad.
AL SOL QUE MÁS
CALIENTA
INÉS RODRÍGUEZ HIDALGO
INSTITUTO ASTRÓFISICO DE CANARIAS. DPTO. DE ASTROFÍSICA DE LA
UNIVERSIDAD DE LA LAGUNA
lSol es un gran desconocido para el gran público y, en muchos aspectos,
para los físicos solares que afrontamos el desafío de comprender su
“funcionamiento”. A lo largo de diez ideas clave, este texto es una invitación a conocer mejor nuestra turbulenta, dinámica y fascinante estrella.
1. L
A ESTRELLA DE NUESTRA VIDA
El Sol es realmente la estrella de nuestra vida: sin su calor la Tierra sería
un témpano helado a –180º, y sin su luz estaríamos a oscuras, ni siquiera
veríamos la Luna, que brilla por reflejar la luz solar. La energía del Sol dirige
el ciclo del agua y es utilizada por las plantas para crecer y transformar dióxido de carbono en el oxígeno que respiramos. Los seres humanos comemos
plantas y animales que, a su vez, se alimentaron de ellas. Los árboles que
proporcionan madera, celulosa o papel necesitan energía solar. Sin ella no
tendríamos leña, carbón ni derivados del petróleo para nuestros fuegos y
motores...
El Sol nació de una gran nube de gas y polvo interestelar hace algo más de
4.600 millones de años. Poco más tarde, del disco de materia a su alrededor se
formaron los planetas. El estudio del clima en el pasado indica que la luminosi dad solar se ha mantenido constante, dentro de un 5% de variación, durante
Oscilaciones del Sol
Capas del Sol
Si un piano tiene 88 teclas,
cada una corresponde a una nota
musical, el Sol vibra con 10 millones
de “notas” diferentes a la vez. Esta
imagen generada por ordenador
muestra el patrón de movimientos
ascendentes (color azul) y descendentes (color rojo) del ma-terial
solar para un modo concreto de
oscilación (una “nota” solar indivividual). Como puede verse, las oscilaciones involucran a la superficie y
capas interiores del Sol, por lo que la Heliosismología permite sondear el interior
solar.
http:/www.noao.edu/education/ighelio/SolarMusic/slide3.jpg
32 PADRES Y MAESTROS ~ nº 321 ENERO 2009
3. ¿D
los últimos 3.500 millones de años.
2 quintillones de kilos. La materia
El Sol se encuentra hacia la mitad
solar es enormemente densa en su
de su vida, y dentro de un tiempo
interior y muy tenue en sus capas
¿Se podría caminar sobre el
similar, cuando agote el hidrógeno
exteriores; pero su densidad media
Sol, sumergirse o flotar en él? La
fresco en su interior, iniciará su
es 1,4 veces superior a la del agua:
pregunta alude a que el material
evolución hacia el final.
el Sol en una inmensa piscina… ¡no
solar no es sólido, líquido ni
2. A
flotaría! La temperatura en su
gaseoso, sino que se encuentra
superficie es cercana a los 5800 K
en el llamado cuarto estado de la
(0 grados Kelvin, K, corresponde a
materia, el plasma. Un plasma es
–273º). Y su luminosidad es de
similar a un gas total o parcial-
386 cuatrillones de watios).
mente ionizado, con una tempe-
LGO MÁS QUE UNA ESTRELLA CORRIENTE
El Sol es una gran esfera de
materia autogravitante (la fuerza
E QUÉ ESTÁ HECHO EL SOL?
de gravedad –compresión– y la
Hasta aquí esta estrella no
ratura tan alta que todos o
presión del gas y la radiación
parece muy apasionante… Sin
muchos de los átomos se diso-
–expansión– están equilibradas),
embargo el Sol, aproximadamen-
cian en electrones y núcleos o
con suficiente masa como para que
te en el centro –un foco de las
iones, que pueden moverse libre-
su interior haya alcanzado la tem-
órbitas elípticas– de nuestro siste-
mente y exhiben además fenó-
peratura necesaria para iniciar
ma planetario, es la estrella más
menos colectivos dirigidos por las
reacciones nucleares de fusión que
cercana, la única que podemos
fuerzas eléctricas y magnéticas.
son su fuente de energía propia. Es
estudiar con alta resolución espa-
La composición química (en
decir, una e s t r e l l a, la unidad es-
cial: los actuales instrumentos de
peso) de 1 kilo de plasma de la
tructural en Astrofísica.
observación solar permiten distin-
superficie solar es de un 73% de
El Sol y su corte de planetas
guir detalles de unos 75 kilóme-
hidrógeno, un 25% de helio, y sólo
forman parte de la Vía Láctea, una
tros sobre su superficie. Su dis-
un 2% de elementos químicos más
familia de 200.000 millones de
tancia media a la Tierra es de
pesados, llamados metales en
estrellas, gas y polvo. Ocupa el
“sólo” 149 millones y medio de
Astrofísica. Ésta es esencialmente
“extrarradio” de nuestra galaxia,
kilómetros, u 8 minutos-luz, así
la composición de la nube de gas y
en uno de sus brazos espirales, a
que siempre vemos el Sol “de
polvo de la que se originó el Sol.
unos 27.000 años-luz del centro
hace 8 minutos”.
4. ¿P
galáctico. (1 año-luz no es una
Un último aspecto hace del Sol
medida de tiempo, sino de distan-
algo más que una estrella corrien-
cia. Equivale a la recorrida por la
te: hoy por hoy es imposible
Esta es, sin duda, la pregunta
luz, viajando a 300.000 km/s,
reproducir en la Tierra las condi-
del millón, ya que una estrella lo
durante un año: casi 9 billones y
ciones de presión y temperatura
es por generar su propia energía.
medio de kilómetros).
de los interiores estelares, por lo
Tras décadas de acaloradas discu-
Lo cierto es que el Sol es una
que el Sol sirve como “laboratorio”
siones físicas, esta cuestión tuvo
estrella bastante normalita. Tiene
para confirmar, rechazar o corre-
respuesta hacia los años treinta
un radio de 696.000 km (54,5 Tie-
gir las teorías de estructura y evo-
del siglo pasado, cuando Hans A.
rras puestas en fila) y una masa de
lución estelar.
Bethe propuso las reacciones de
Fotosfera solar
En la imagen observamos grupos de
manchas solares, rodeadas de fáculas brillantes. La espesctacular mancha fue observada por investigadores del IAC, quienes la
encontraron tan preciosa que la llamaron
“Claudia” (por la modelo Claudia Schieffer). Toda la superficie del Sol presenta, vista
con alta resolución espacial, un aspecto de “paella”: se trata de la
granulación, evidencia de los movimientos convectivos que calienta la fotosfera desde abajo.
OR QUÉ BRILLA EL SOL?
Cromosfera solar
Su aspecto en la emisión roja del hidrógeno en
656,3 manómetros ha
sido comparado con una
“pradera ardiente”. En la
imagen se observan protuberancias brillantes en
el borde, que se denominan filamentos cuando se
proyectan oscuras sobre
la superficie. Se perciben
también las regiones activas con manchas (más claramente visibles en
la fotosfera) rodeadas de las “plages”, contrapartida cromosférica de las
fáculas de la fotosfera.
ENERO 2009 nº 321 ~ PADRES Y MAESTROS 33
fusión nuclear como la fuente de
“funciona” el Sol es imprescindible
energía capaz de mantener el bri-
un buen conocimiento de su inte-
- El último tercio del radio solar
corresponde a la zona de con -
llo de las estrellas durante miles
rior, pero éste es inaccesible a la
vección, donde enormes celdas
de millones de años.
observación directa, ya que la
de material solar, de distintos
La fusión nuclear transforma 4
materia bajo la superficie es opaca
tamaños, llevan consigo el calor
millones de toneladas de material
a la radiación electromagnética.
desde la base de esta capa has-
solar en energía cada segundo, un
¿Cómo
ta la superficie.
ritmo bastante lento; a pesar de
“corazón” del Sol, para contrastar
ello, la enorme masa del Sol hace
los modelos con la realidad?
que la cantidad de energía gene-
sondear,
entonces,
Afortunadamente
el
nuestra
6. U
NA ESTRELLA IMPERFECTA
Los antiguos se equivocaban
rada sea muy grande; y gracias a
estrella tiene un “pulso”, en el que
considerando el Sol una esfera
ello, el Sol ha mantenido constan-
participa la superficie y toda la
inmaculada, homogénea y estáti-
te su luminosidad durante una
estrella. El Sol oscila, vibra como
ca. La atmósfera solar (sus capas
gran parte de su vida.
un instrumento musical cuando es
exteriores) es muy inhomogénea,
Además de generar energía,
excitado, y por su interior viajan
muestra multitud de estructuras y
las reacciones nucleares modifican
ondas de presión similares a las
está en continuo movimiento y
la composición química del Sol: de
ondas sísmicas en la Tierra, con
evolución. Hace cuatro siglos, las
un kilo de plasma del interior solar,
un periodo dominante de 5 minu-
observaciones de Galileo de crá-
un 37% es hidrógeno, un 61% es
tos. De su análisis se ocupa la
teres en la Luna, satélites en tor-
helio, y un 2% son elementos más
Heliosismología, cuyos resulta-
no a planetas o manchas en el Sol
pesados. Como la cantidad de
dos confirman en gran medida los
mostraron unos cielos tan imper-
hidrógeno inicial era del 73%, el
modelos de estructura solar.
fectos como la Tierra.
Sol ha consumido aproximada-
Según los modelos, el interior so-
Volviendo a la pregunta del
mente la mitad de su combustible.
lar consta de las siguientes ca-pas:
millón, el Sol brilla porque a partir
5. E
- el núcleo, hasta el 20% del radio
de los últimos 500 km de su radio
solar, inmenso horno en el que
la materia se vuelve por fin trans-
tiene lugar la fusión
parente a la radiación electromag-
L PULSO DE UNA ESTRELLA
Para explicar la estructura y
evolución de las estrellas los astro-
- Envolviendo al núcleo como una
físicos elaboramos complejos mo-
“manta” que mantiene constante
nética. Al observar el Sol vemos la
radiación
d e l o s, códigos físico-matemáticos
su temperatura, la zona de
estrecha capa llamada fotosfera.
basados en ecuaciones y datos ob-
radiación, hasta el 71% del
En ella se observa de forma per-
servacionales. Estos modelos des-
radio. A través de ella, la energía
manente la granulación, un patrón
criben cómo varían la temperatura,
generada en el núcleo se trans-
irregular y cambiante de estructu-
densidad, presión, composición
porta hacia fuera por radiación,
ras brillantes y oscuras correspon-
química… del Sol desde su centro a
es decir, mediante ondas electro-
dientes a la parte superior de las
la superficie. Para entender cómo
magnéticas.
más pequeñas celdas de convec-
procedente
de
esta
Ciclo solar
Corona solar
Su aspecto en la emisión roja del hidrógeno en 656,3
manómetros ha sido comparado con una “pradera ardiente”.
En la imagen se observan protuberancias brillantes enel borde,
que se denominan filamentos cuando se proyectan, oscuras
sobre la superficie. Se perciben también las regiones activas
con manchas (más claramente visibles en la fotosfera) rodeadas de las “plages”, contraprtida cromosférica de las fáculas de
la fotosfera.
34 PADRES Y MAESTROS ~ nº 321 ENERO 2009
La manifestación
más evidente del ciclo
solar es la variación
periódica, cada aproximadamente 11
años, del número de
manchas solares. El
número e intensidad
de otros fenómenos y
estructuras magnéticos también cambia
con este periodo, por
ejemplo, el aspecto
de la corona en radiación ultravioleta.
ción que calientan la fotosfera des-
sa del cielo diurno. La emisión UV y
de partículas cargadas a gran velo-
de abajo. De forma transitoria,
en rayos X de la corona permite
cidad, “sopla” en todas direcciones
entre el ecuador y unos 40º de lati-
observarla en todo el disco desde
desde la corona; en ella tienen
tud en ambos hemisferios, apare-
satélites espaciales, ya que esta
lugar expulsiones de masa coronal,
cen regiones oscuras llamadas
radiación no atraviesa la atmósfera
violentas erupciones en las que
manchas solares, intensas concen-
terrestre. Además de puntos bri-
miles de millones de toneladas de
traciones magnéticas más frías (y
llantes en rayos X, en la corona
materia son lanzadas al espacio,
oscuras) que su entorno, que
pueden verse espectaculares cho-
eventualmente hacia la Tierra.
emergen casi siempre en grupos,
rros coronales en forma de huso,
cambian y desaparecen, rodeadas
penacho o abanico, y extensas zo-
de f á c u l a s, extensas áreas magné-
nas oscuras llamadas agujeros co-
9. U
ticas brillantes.
ronales.
7. ¿H
bios, los campos magnéticos sola-
Sorprendentemente, la tempe -
ASTA DÓNDE LLEGA EL
SOL?
NA ESTRELLA VARIABLE
Además de estos rápidos cam-
res varían a lo largo del ciclo de
ratura crece desde la superficie
actividad solar: cada once años
hacia la cromosfera y corona. Aun-
aproximadamente se produce un
que el magnetismo (sin el cual
notable aumento del número e
Quienes hayan presenciado un
estas capas no existirían) parece
intensidad de las manchas y otras
eclipse total de Sol saben que éste
el principal responsable de este
estructuras activas, asociado con
no termina en su superficie visi-
hecho, su explicación es todavía
diferencias en sus zonas de apari-
ble: en los segundos anteriores y
una apasionante cuestión abierta
ción y su morfología. Los grupos
posteriores a la totalidad se ve en
de la Física Solar.
de manchas surgen en latitudes
el borde solar un resplandor rosa-
¿Hasta dónde llega el Sol? En
altas en ambos hemisferios sola-
do-rojizo; es luz emitida por el
realidad su atmósfera no termina
res al principio de un ciclo y, según
hidrógeno de la cromosfera (esfe-
bruscamente, sino que representa
éste avanza, van apareciendo más
ra de color), capa de grosor varia-
una suave transición al medio inter-
cerca del ecuador. La orientación
ble situada sobre la fotosfera. Para
planetario. La zona bajo la influen-
magnética de las regiones activas
observarla en todo el disco se uti-
cia solar se llama heliosfera… ¡y
bipolares de un hemisferio es
lizan filtros especiales. Sus estruc-
vivimos dentro de ella! Las naves
constante, y opuesta a la del otro
turas más llamativas son las pro -
Voyager, actualmente mucho más
hemisferio, durante un ciclo, y la
tuberancias, grandes formaciones
allá de la órbita de Plutón, aún no
configuración se invierte en el
de plasma más denso y frío que su
han detectado su límite.
siguiente. Además, al ciclo de on-
entorno, con forma de chorro o de
8. U
ce años se superponen variaciones
uno o varios arcos. “Suspendidas”
en el borde se ven brillantes mien-
NA ESTRELLA CON PERSONALIDAD MAGNÉTICA
temporales más lentas.
A pesar del oscurecimiento local
tras que, proyectadas sobre el dis-
El plasma solar caliente, muy
producido por las manchas, en
co solar, aparecen como largas
buen conductor de la electricidad y
fases de mayor actividad el Sol
cintas oscuras llamadas filamen -
en continuo movimiento, origina
emite más cantidad de energía y es
tos. Las fáculas tienen su contra-
corrientes eléctricas y campos
globalmente más brillante; el con-
partida, cientos de kilómetros más
magnéticos. Así que el Sol tiene
siguiente efecto de mayor calenta-
arriba, en las plages brillantes.
una auténtica personalidad mag-
miento en la Tierra debe ser consi-
Pero tampoco el Sol termina en
nética, es una estrella activa, tér-
derado en los estudios del cambio
la cromosfera: durante la totalidad
mino que en Astrofísica designa a
climático global. Por ejemplo, entre
de un eclipse aparece una “diade-
lo relacionado con el magnetismo.
1645 y 1715, época conocida como
ma” blanquecina, la corona del as-
Además, la configuración mag-
Mínimo de Maunder, la actividad
tro rey, extendiéndose hasta mu-
nética del Sol sufre cambios rápi-
solar fue inusualmente baja, sin
chas veces el radio solar. La corona
dos y drásticos. Por ejemplo, en las
apenas manchas; un periodo de
sólo es visible en estos momentos,
regiones activas se producen fulgu -
tiempo algo mayor, que incluye
o a través de coronógrafos, teles-
raciones, súbitas explosiones que
este mínimo, con severos inviernos
copios que ocultan el disco brillante
liberan una enorme cantidad de
y temperaturas muy bajas en Euro-
del Sol, porque su brillo es un mi-
energía de origen magnético; exis-
pa, fue llamado “la pequeña edad
llón de veces menor que el de la fo-
ten protuberancias eruptivas, con
de hielo”.
tosfera, por lo que normalmente
emisión de partículas; el viento
queda enmascarada por la luz difu-
solar, un flujo continuo y variable
ENERO 2009 nº 321 ~ PADRES Y MAESTROS 35
10. C
ONVIVIENDO CON UNA
ESTRELLA
El Sol influye en la Tierra prin-
ACTIVIDADES PROPUESTAS
1. OBSERVAR LA FOTOSFERA SOLAR CON UN SOLARSCOPE
Este instrumento proyecta la imagen del disco solar en luz visible en una
cipalmente a través de su radia -
pantalla que queda ensombrecida por la misma estructura del aparato, por
ción visible, la radiación ultraviole -
lo que la observación es completamente segura. Produce una imagen de
ta y X, muy energética (con cam-
unos 10 cm de diámetro, suficiente para distinguir las manchas solares o
bios superiores al 50%, pero sólo
tránsitos de Venus y Mercurio. Su mayor ventaja es que permite la obser-
afecta a la atmósfera terrestre
vación en grupos pequeños. Algunos modelos educativos incluyen plantillas
muy exterior) y el flujo de partícu -
que posibilitan el cálculo de la velocidad de rotación de la Tierra y del Sol o
las cargadas.
la latitud desde el puesto de observación, por ejemplo. Su precio es bastan-
La correlación observada en-
te asequible, entre unos 50 y 100 €, según los modelos.
tre una mayor actividad solar y
Se puede “jugar a ser Galileo”: dibujar las manchas solares para apre-
una mayor temperatura en la Tie-
ciar su complejidad, determinar su posición sobre el disco respecto al
rra sugiere que el Sol debe ser
ecuador solar, seguirlas a lo largo del tiempo para ver su evolución y
parcialmente responsable de la
comprobar la rotación solar, etc.
variabilidad del clima terrestre.
Sin embargo, los últimos informes
del Grupo Intergubernamental de
http://www.astrosafor.net/Actividades/solarscope.htm
2. ESCUCHAR EL “PULSO” DEL SOL:
http://solar-center.stanford.edu/singing/
Expertos en Cambio Climático
El periodo dominante de las oscilaciones solares cerca de la superficie
(IPCC) indican que los factores de
es de unos 5 minutos, al que corresponde una frecuencia de 3,3 milésimas
origen humano (sobre los que
de hertzio (1 Hz = 1 vibración/segundo). El rango de frecuencias audibles
podemos tener control) son abru-
por el ser humano comienza en unos 20 Hz, luego el pulso del Sol se
madoramente más importantes
encuentra en la región de los infrasonidos. Sin embargo, si las frecuencias
que los solares (que nos afectan
de la compleja señal recibida del Sol se multiplican por un factor 42.000
desde siempre).
quedan trasladadas al rango audible, y el “sonido” del Sol puede escuchar-
El cambiante clima o meteoro -
se. Podrán oír 40 días de vibraciones comprimidos en unos segundos…
logía espacial viene determinado
esencialmente por las emisiones
3. VISITAR LA WEB DEL SOLAR AND HELIOSPHERIC OBSERVATORY (SOHO)
de partículas cargadas desde el
http://sohowww.nascom.nasa.gov/
Sol. Aunque la Tierra está protegi-
Este satélite de ESA-NASA lanzado en diciembre de 1995, ha revolu-
da por la magnetosfera, su escudo
cionado totalmente la Física Solar. Desde su privilegiada posición a 1,5
magnético natural, el clima espa-
millones de kilómetros de la Tierra, permite una observación continua del
cial influye notablemente sobre
Sol. Cuenta con un amplio conjunto de instrumentos que proporcionan
nuestro entorno: además de ser el
imágenes del Sol en luz visible y en varias longitudes de onda ultraviole-
causante de las bellísimas auroras
ta, imágenes de la corona solar gracias a dos coronógrafos, magnetogra-
boreales y australes, las tormentas
mas y un largo etcétera.
magnéticas afectan a satélites y
Las secciones Hot shots from SoHO, Pick of the Week, and The best of
naves espaciales, sus instrumen-
SoHO son magníficas galerías de imágenes y videos acompañados de
tos y tripulantes, perturban las
textos sencillos y amenos, un estupendo recorrido por gran parte de la
comunicaciones por radio y satéli-
Física Solar. Se puede ver cómo está el Sol cada día en las secciones The
te, y causan serios problemas en
Sun now, Sunspots, and Spaceweather. Se podrían contar las manchas y
aparatos magnéticos y redes de
reproducir el último ciclo solar y medio.
tuberías y fluido eléctrico.
EPÍLOGO
Un magnífico complemento a esta información son las imágenes y
videos obtenidos con otros telescopios en Tierra como el DOT (http://
dot.astro.uu.nl/albums/images/album.html) y la Torre Solar Sueca
Y así vivimos, al Sol que más
(http://www.solarphysics.kva.se/) en el Observatorio del Roque de Los
calienta (aunque me temo que, en
Muchachos (La Palma). Y satélites como Hinode (http://solarb.msfc.
este sistema planetario en torno a
nasa.gov/) y TRACE (http://trace.lmsal.com/POD/TRACE pod.html)
una sola estrella, no hay donde
Las imágenes de STEREO (http://stereo.gsfc.nasa.gov/gallery
elegir…) Éste es nuestro Sol, y
/best.shtml), una misión de NASA que consiste en dos observatorios en
actualmente calienta la Tierra jus-
órbita alrededor del Sol, uno por delante y otro por detrás de la Tierra,
to lo necesario para preservar la
son muy recomendables: con esos dos puntos de vista, es posible recons-
vida, ¡somos afortunados!
truir ¡¡¡imágenes 3D del Sol!!!■
36 PADRES Y MAESTROS ~ nº 321 ENERO 2009