Los seis misterios del sol

Por Ángela Posada-Swafford

El sol. Nuestro reactor nuclear diabólico y aun incomprendido. Lleno de humores imprevisibles, calmas perturbadoras, arranques de mal genio. Cada 11 años el polo norte y el polo sur magnético intercambian sus posiciones, justo antes del comienzo del nuevo Máximo Solar, o sea, en el umbral del período de actividad. Las consecuencias de esta reorientación de magnetismo para la Tierra van desde inofensivas y preciosas auroras, hasta tormentas solares que nos complican (e incluso amenazan) la vida. Eso depende de qué tan fuerte, o qué tan suave sea ese máximo Solar.

En este momento estamos embarcados en un máximo, y el próximo mínimo solar debe estar comenzando hacia 2019 o 2020. Pero aunque durante un mínimo hay menos manchas solares y menos erupciones en su superficie, eso no significa que la estrella esté menos activa, sino que simplemente su actividad cambia de forma.

Para sorpresa de los investigadores, el ciclo #24, en el que estamos embarcados, ha sido uno de los más débiles en los últimos 100 años (desde que comenzáramos a medir el pulso cardiaco solar). Hace poco, estudios de la Universidad de Stanford revelaron que la razón podría tener que ver con un nuevo entendimiento sobre la forma en que fluyen las corrientes de plasma entre el ecuador y los polos del sol. (Una especie de cinta transportadora que corre sobre y bajo la superficie solar). No obstante, los expertos continúan aprendiendo, y no dan por descontada una pataleta repentina.

Sol es una estrella tan fascinante como frustrante para los astrónomos que indagan dentro de su anatomía interior, toman el pulso de sus erupciones y peinan sus cabellos invisibles de campos magnéticos. Siglos de estudios y los últimos instrumentos espaciales nos han regalado información sin precedentes --después de todo, este es el único astro cuyos fenómenos podemos estudiar al detalle.  

Hemos aprendido sobre su corazón, el cual, calentado a 15 millones de grados °C, transforma cada segundo cuatro millones de toneladas de hidrógeno en helio y en luz. Sabemos que sus campos magnéticos son los que presiden la circulación de toda la materia solar. Hemos medido las negras manchas de su superficie, donde nacen destellos 10,000 veces más intensos que su propia luz, y periódicamente auscultamos su fotostera, que escupe géiseres de plasma y partículas hiperaceleradas.

Los expertos han ido aún más lejos: han comparado al sol con otras estrellas. Han hecho modelos matemáticos cada vez mejores y más realistas. Han logrado ver las manchas solares con una gran resolución, capturando con claridad pequeños penachos de unos pocos cientos de kilómetros de altura. Incluso han reconstruido la actividad solar hasta millones de años atrás, gracias a las piedras de la luna traídas por las misiones Apollo.

Sabemos que su influencia magnética (también llamada ‘heliosfera’) se extiende más allá de Plutón, y que los cambios en su polaridad se sienten hasta en el umbral del espacio interestelar, allá donde están las naves Voyager de la NASA.

Entonces, por un lado no nos podemos quejar. Desde el año 2000, lo que había sido un cuenta gotas de descubrimientos solares, se convirtió en una inundación. Y una flotilla de seis satélites (sin contar con los que vienen) dedicados únicamente al sol, ha suscitado preguntas fascinantes: ¿Quién habría imaginado que existe un pequeño sol dentro del sol? ¿O que esa extraña y recientemente hallada zona debajo de la superficie solar, la tacoclina, es la verdadera responsable de la violencia de la estrella? ¿O que acabamos de pasar por el más raro de los ciclos solares en 200 años, el cual aparentemente había puesto los frenos al calentamiento global hasta hace pocos años? ¿Es realmente la cambiante brillantez del sol, y no nuestra actividad humana, la que está alterando nuestra temperatura, o es ese un argumento creado por una mala interpretación -deliberada o ignorante- de la ciencia solar moderna de vanguardia?

Aun así, a pesar de tener sus humores increíblemente bien documentados, el sol nos sigue poniendo exasperantes misterios en el camino. Y ni siquiera los sabios más profundos en la materia son capaces de predecir exactamente su comportamiento, o adivinar cuándo será la próxima erupción. Irónicamente, ahora, cuando más herramientas tenemos para estudiar al sol, es cuando más vulnerables somos a sus fenómenos, especialmente los electromagnéticos. Nunca antes nuestras sociedades habían dependido tanto de esta estrella, y nunca antes había sido tan urgente comprender la nueva ciencia de la heliofísica.

Por eso presentamos aquí los cinco misterios que se resisten a todas las investigaciones. Cinco aparentemente insignificantes pero críticas lagunas de conocimiento que tenemos con respecto a nuestro enigmático astro. Los cuales no solo traen locos a los investigadores, sino que afectan profundamente el clima espacial y nuestro sistema planetario.

Primer misterio: ciclos y pulsos

Desde hace más de siglo y medio sabemos que cada 11 años en promedio, el sol se “activa”, es decir, se cubre de manchas oscuras y bastante más frías (entre 3,000 y 4,000 °C) que el resto de la superficie. Al principio del ciclo son unas pocas, están aisladas, y nacen en las latitudes altas, pero con los años se van haciendo más numerosas (pueden formarse más de cien en un solo día) y migran hacia el ecuador, para luego volver a desaparecer y sumirse en un nuevo período de mínima actividad. Las manchas son regiones que contienen fuertes campos magnéticos que vienen desde muy profundo y emergen a través de la superficie solar, causando ‘hervores’ en la piel de la estrella. En otras palabras, las manchas son como “portales” que conectan el corazón del sol con su atmósfera.

Uno imaginaría que cuando hay más manchas, puesto que éstas son más frías, el sol también estaría más frío. Pero sucede todo lo contrario.

“Los grupos de manchas, especialmente aquellos con complejas configuraciones de campos magnéticos, son por lo general el sitio donde se producen las erupciones solares, tsunamis de radiación masiva que son escupidos periódicamente por la estrella”, dice Elizabeth Citrin, del Solar Dynamics Observatory (SDO) en el Centro Espacial Goddard de la NASA. “Esta radiación está compuesta de partículas de alta energía capaces de dañar satélites y causar apagones en nuestros sistemas eléctricos”.

El fenómeno de los ciclos de las manchas está relacionado con la cambiante polaridad de la estrella, cada 11 años.

¿Por qué cada 11 años? ¿Por qué migran hacia las regiones ecuatoriales?  ¿Por qué un ciclo tan predecible? Los cambios de polaridad en la Tierra, por ejemplo, no solo suceden cada tres millones de años, sino que son irregulares en extremo. Los ciclos solares están de hecho relacionados con eventos terrestres de todo tipo, incluyendo la posición de la corriente del Golfo, que parece cambiar cada 11 años.

A nivel fundamental se sabe que esos ciclos dependen de la dínamo responsable de la actividad magnética del astro, y que causa los llamados pulsos solares: Gracias a la nueva ciencia de la heliosismología estamos aprendiendo que el sol tiene pulsos que van de arriba hacia abajo, como si fuera un gigantesco parlante de discoteca. “De la misma manera que podemos adivinar lo que pasa debajo de la superficie de nuestro planeta cuando sucede un terremoto, podemos adivinar lo que pasa bajo la superficie solar por este rápido pulsar y estos movimientos internos del plasma”, dice Dean Pesnell, físico del SDO.

Pero, ¿cuál es exactamente el mecanismo que dirige esos pulsos solares? ¿Son estos movimientos los que acarrean las corrientes eléctricas que generan el campo magnético? ¿O son otros, tales como la rotación del sol (más rápida en el ecuador que en los polos), la convección, que transporta el calor del interior hacia la superficie, o la circulación de material entre los meridianos y los polos?

En otras palabras, ¿cómo de semejante caos nace un ritmo tan regular como el de los 11 años? Finalmente, aunque los científicos han estudiado la inversión de la polaridad del sol durante décadas, el proceso aun no es bien entendido. Este cambio, que comienza en septiembre ya tiene asombrados a los estudiosos porque uno de los polos está adelantándose al otro.

“El norte ya está en transición, mientras que el sur no ha empezado, y no entendemos por qué”, dice Jonathan Cirtain, del Centro Espacial Marshall de la NASA. 

Segundo misterio: cuando los ciclos se descarrilan

Puesto que estamos acostumbrados a este latido cardiaco solar de cada 11 años (aunque se piensa que un ciclo normal puede estar entre los 8 y los 14 años), con sus ritmos y manchas periódicas, cuando las cosas se descarrilan, no lo comprendemos. Eso fue lo que sucedió entre 1645 y 1750, en que el pulso del sol se detuvo por completo. Durante esos sesenta años su cara estuvo desprovista de manchas. El período fue bautizado como el Mínimo de Maunder, y coincidió con un momento en que Europa se sumió en un frío profundo.

Estos ‘paros cardíacos’ han sucedido 27 veces en los últimos 11,000 años, y no se sabe qué los provoca, o si el sol sigue activo pero envuelto en un campo magnético demasiado débil para producir las manchas.

Sin ir más lejos, hace cuatro años el sol demostró que es capaz de sorprendernos, ya que permaneció en un mínimo de actividad durante bastante más tiempo del esperado, en contra de todas las predicciones.

“Si aún no comprendemos la marcha normal del sol, menos aún vamos a entender estos paros”, dice Paul Charbonneau, de la Universidad de Montreal, que trabaja con modelos matemáticos del comportamiento solar. “Pensamos que podrían tener que ver con las diferencias de rotación solar y los movimientos del plasma que originan el campo magnético”.

Tercer misterio: el gatillo de las erupciones

Las erupciones son los intensos resplandores repentinos seguidos de géiseres de plasma y eyecciones de la masa de la corona, en forma de bucles dinámicos. La materia debajo de las manchas solares, castigada por la alucinante fuerza de los campos magnéticos, parece ser la fuente de energía detrás de estos fenómenos. A veces, un acceso de erupciones da lugar a algo más violento, un eructo de mil millones de toneladas de plasma magnetizado que explota de la estrella amillones de millas por horas, arremetiendo contra cualquier cosa en su camino. Es lo que los expertos llaman eyecciones masivas de la corona.

Vista de cerca, los bucles de la corona son gigantescos arcos magnéticos llenos de plasma caliente a temperaturas de más de un millón de grados Celcius. Están anclados en la densa fotosfera, la superficie visible del sol, y son las partes fundamentales de la corona, que es el halo que se puede ver rodeando al sol durante un eclipse.

Dicen los expertos que el problema aquí es hallar ese pequeño desequilibrio que va a desencadenar la erupción.

Últimamente se han hecho películas que explican quizás parte de este desequilibrio: se cree que las erupciones y eyecciones masivas están guiadas por un proceso llamado ‘reconexión magnética’, durante el cual las líneas en el campo magnético del plasma se rompen y se vuelven a unir a líneas que fluyen en la dirección opuesta.

En ese momento, la energía que ha estado acumulándose durante días o meses es liberada en unos cuantos minutos. Y eso produce tanto calor, que podría explicar la diferencia de temperatura entre la superficie solar (unos 5,600 °C) y la atmósfera solar (millones de grados).

Pero la pregunta persiste: ¿de dónde viene la chispa que desencadena la ruptura inicial de las líneas del campo magnético? Y, ¿cómo se relacionan las erupciones con las eyecciones masivas de la corona, exactamente?  El problema es que, como no podemos observar directamente los campos magnéticos a distancia, hemos de fiarnos de medidas indirectas, tales como la forma de las corrientes de plasma.

Un modelo sugiere que las erupciones podrían nacer a partir de alguna inestabilidad justo bajo la superficie solar. Y en ese caso, la energía magnética se transformaría en luz: los famosos flashes luminosos. El segundo modelo propone lo contrario: que las líneas del campo magnético se rompen en la atmósfera superior del sol, a más de 50,000 km de la superficie, iniciando una perturbación magnética y propagándose hacia la superficie.

Los astrónomos aún están lejos de saber cuáles son las señales que anuncian el nacimiento de una erupción; aunque sí saben que cuando se encuentran dos manchas solares de polaridad inversa tienden a crear inestabilidades, y que los bucles en forma de “s” darán tarde o temprano, luz a una erupción.

Y lo más espectacular: es posible que los arcos magnéticos de 400,000 km de altura en la atmósfera solar podrían conectar entre sí a manchas solares que se hallen en hemisferios diferentes.

Cuarto misterio: Aceleración del viento solar

La pregunta no ha sido resuelta: ¿Cómo la energía magnética de las erupciones se transforma en energía cinética? Es decir, ¿cómo impulsa el sol los electrones, protones y iones de su plasma caliente (que conforman el llamado ‘viento solar’) al espacio a casi la velocidad de la luz?

En un estudio, los expertos se centran en analizar la región donde las burbujas de un millón de toneladas de plasma son eructadas por el sol a 2,500 kilómetros por segundo.

Las partículas que componen el plasma y el viento solar producen radiación en todas las longitudes de onda del espectro electromagnético, desde el radio hasta el gama, aunque la mayoría de las erupciones caen en rangos fuera del óptico, por lo que no son visibles al ojo humano. Algunos modelos de ordenador intentan seguir su trayectoria, velocidad y concentración, pero aún estamos lejos de tener un mapa al respecto. Y tampoco podemos predecir las erupciones solares para anticipar sus consecuencias en la Tierra.

En 2010 la sonda Voyager 1 determinó que la velocidad del viento solar, en el lugar donde se encontraba entonces el satélite (10.8 miles de millones de millas de la Tierra) es de cero. Es decir, el punto en el que termina la influencia del sol.

Quinto misterio: ¿podría darse una mega-erupción?

Un estudio de investigadores japoneses de la Universidad de Kyoto se preguntaba, en la edición de mayo de 2012 de la revista Nature, si podría darse en nuestra estrella una súper erupción mil veces más potente que las normales. El equipo usó la sonda Kepler para observar 148 astros similares en estructura al sol. Y descubrió 14 de estas monstruosas tormentas en estrellas de mismo tipo que la nuestra -con una frecuencia de entre cada 800 a 5,000 años.

Ahora bien, ¿se aplica esta conclusión a nuestro sol? Las opiniones están divididas.  Lo cierto es que nadie se ha atrevido a modelar los efectos de una mega-erupción en la Tierra.

Sexto misterio: ¿por qué la superficie del sol es más fría que la corona?

La superficie del sol hierve a 5,726 grados Centígrados. Pero su atmósfera es 300 veces más caliente. Nadie ha podido con este misterio solar. Si asumimos que el corazón del sol es más caliente y que el resto de la estrella se va enfriando de ahí para afuera, lo lógico sería que la corona fuera más fría que la superficie. En 2015 la NASA presentó su hipótesis de que de alguna manera el mecanismo que calienta a la atmósfera solar tiene que ver con millones de explosiones de calor más bien pequeñas, pero que estallan cada uno o dos segundos, inyectándole un calor tremendo a la corona.

 

Ángela Posada-Swafford es una periodista científica y escritora colombiana radicada en Estados Unidos. Ganadora de reconocimientos como el Premio Simón Bolívar de periodismo.