Un telescopio poco corriente revela los misterios del Sol

CON la intención de escapar unas horas del ardiente calor del desierto, habíamos tomado un día libre para ir de excursión por el fresco parque nacional de Lincoln, en el sur de Nuevo México (E.U.A.). Nos dirigíamos hacia allí cuando vimos una indicación que señalaba al observatorio Sacramento Peak, en Sunspot, cerca de Cloudcroft (Nuevo México). Sentimos curiosidad, así que nos encaminamos hacia allí.

Como ninguno de nuestro grupito estaba acostumbrado a alturas tan elevadas como aquella —2.800 metros—, la caminata hasta los edificios de formas extrañas donde se albergaban los telescopios que queríamos ver nos dejó sin aliento. Esperábamos encontrar un edificio con una cúpula, así que no quedamos decepcionados cuando vimos la cúpula Hilltop, pero descubrimos que no se permitían visitas. Entonces vimos un edificio de aspecto extraño.

Era triangular, alto y de base estrecha, y en éste sí se permitía la entrada. (Véase la foto de la página siguiente.) Pronto nos encontramos dentro de un laboratorio en el que había un largo telescopio suspendido de un soporte que estaba en lo alto de la torre, muy por encima de nosotros. Había unos letreros que pedían que nadie se subiese a la plataforma, pues eso podría desequilibrar el instrumento.

Cómo hacen que el Sol “esté parado”

En una pequeña sala había unos diagramas a todo color que explicaban lo que se estaba estudiando, y fue interesante saber que este complejo de edificios está dedicado al estudio del Sol. Preguntamos a uno de los científicos que trabajaba allí si se estaba llevando a cabo algún proyecto para descubrir la manera de conseguir energía del Sol, y él explicó que no se trataba de eso, sino más bien de un proyecto de investigación básica para conseguir información sobre el Sol y sus efectos en la atmósfera terrestre y en el espacio del sistema solar. Además, hay unos científicos que están estudiando el interior del Sol por medio de observar constantemente su superficie.

Nuestro guía nos explicó que el observatorio estaba situado allí porque el aire seco de la montaña y la falta de contaminación lo hacían un lugar idóneo. Se inauguró en 1951 y fue uno de los primeros de su clase que se construyeron en Estados Unidos para el estudio del Sol. En un diagrama no lejos de donde estábamos vimos que esta gran torre mide 41 metros de altura desde el nivel del suelo, pero que otros 59 metros del telescopio son subterráneos. De modo que su longitud total es de 100 metros, que equivale a la de un campo de fútbol. Dentro del tubo del telescopio existe un vacío casi total, para que cuando entre en él la luz solar, esta no se distorsione por el aire caliente. Gracias a eso pueden reflejarse imágenes de excepcional claridad que ofrecen a los investigadores unas singularísimas vistas de la superficie solar.

El telescopio (que pesa más de 250 toneladas) está suspendido de un soporte que flota en mercurio, lo que le permite girar libremente a una velocidad que compensa la de la rotación de la Tierra. Eso hace posible que orienten el telescopio hacia el Sol por largos períodos de tiempo y que este “esté parado” en relación con el telescopio. Con él se pueden observar y fotografiar pequeños fenómenos de la superficie del Sol —la fotosfera— y de la parte baja de la atmósfera solar —la cromosfera—.

Cúpula “Grain Bin”

Cuando regresábamos a nuestro automóvil, pasamos por delante de un edificio poco corriente que parecía un silo redondo para almacenar grano. Y eso es exactamente lo que había sido. Se llama la cúpula Grain Bin [granero] y fue comprada durante los comienzos del observatorio a Sears Roebuck and Company; luego se le hicieron unas modificaciones para albergar el primer telescopio de Sunspot. Ya que en aquel tiempo se estaban planeando los viajes espaciales, se necesitaba información sobre los efectos que produce el Sol en la atmósfera terrestre, especialmente sobre las perturbaciones que creaba en ella y que podrían ser causadas por actividad solar poco corriente.

Más tarde, en 1957, se creó una organización sin fines lucrativos —AURA (Asociación de Universidades para la Investigación en el campo de la Astronomía, Inc.)— en conexión con el Observatorio Nacional Kitt Peak, de Tucson (Arizona, E.U.A.), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo, de La Serena (Chile) y el Instituto Científico del Telescopio Espacial, de Baltimore (Maryland, E.U.A.). En AURA se pensó que si se contaba con la colaboración de muchos científicos y se compartía la información, todos podrían ampliar sus conocimientos respecto al Sol. Estábamos empezando a darnos cuenta de que este observatorio aislado tenía contactos en diversas partes de la Tierra.

Las vibraciones solares

El doctor Bernard Durney, uno de los coordinadores de la investigación, se ofreció amablemente para responder algunas preguntas respecto al Sol. Cuando nos dijo que estaba trabajando en el campo de la sismología solar, le pedimos que nos explicase lo que eso significaba. Parece que fue allí, en Sacramento Peak, donde se estudió por primera vez ese fenómeno. Él indicó: “El Sol no se limita a girar sobre su eje, sino que se mueve de muchas otras maneras que pueden estudiarse observando su superficie constantemente y viendo los cambios que se producen en ella. Al observar estos cambios, podemos formular hipótesis sobre lo que ocurre en el interior del Sol y entonces planificar estudios que confirmen o refuten nuestras ideas.

”Para el año 1970 —continuó diciendo— se predijo que debían producirse en el Sol temblores o sacudidas muy parecidos a las vibraciones que resultan de tocar una gran campana. También viene a la mente la manera en que el guijarro que se arroja a un estanque afecta toda la superficie del agua a medida que las ondas se expanden por todo el estanque desde el lugar del impacto. La diferencia es que en el Sol las ondas van por todas partes y en todas direcciones.”

Al parecer, estas vibraciones se originan a diferentes niveles, algunas debajo de la superficie y otras a mayores profundidades en el interior del Sol. Gracias a estos estudios, ahora se sabe que el Sol se expande un poco y luego vuelve a contraerse aproximadamente una vez cada hora, como si estuviese respirando. Fue en el año 1975 cuando un investigador vio por primera vez estos movimientos del Sol. En 1976, unos científicos rusos también informaron un ascenso y descenso de la superficie solar.a Sin embargo, no se confirmó la existencia de estas vibraciones hasta 1979 y 1980, y esto se logró en parte en el Observatorio Sacramento Peak.

“En realidad —continuó diciendo el doctor Durney—, en el Sol se producen muchos movimientos poco comunes. Ya que todo lo que hay en él se encuentra en estado gaseoso, unas partes de la superficie solar pueden girar más deprisa que otras. [...] Al observar constantemente el Sol como hacemos aquí en el observatorio de Sunspot, podemos determinar cómo gira su interior. [...] Debido a que el Sol gira más deprisa por su ecuador, en la superficie solar se producen muchos torbellinos que provocan un buen número de fenómenos extraños. Este movimiento poco común crea unos campos magnéticos en las profundidades del Sol que luego emergen hacia la superficie. La manchas solares son una manifestación de estos campos magnéticos.”

Observan el Sol día y noche

El doctor Durney explicó: “Lo cierto es que para poder ver toda la actividad y todos los cambios que se producen en la superficie solar, necesitamos observar el Sol continuamente. Como el movimiento de rotación de la Tierra es diario, no es posible hacer esto desde un solo lugar de la superficie terrestre. Eso significa que se necesitan observatorios solares por toda la Tierra”.

Por ahora esto no es posible, pero el doctor Durney nos comentó que en 1980 y 1981 algunos científicos de Sacramento Peak viajaron a la Antártida para observar el Sol durante tres períodos de tres meses cada uno. Ya que en la Antártida el Sol no se pone durante tres meses, lo pudieron observar continuamente, día y noche, desde un mismo telescopio. Fue interesante saber que esta información se recopilaba desde tantos lugares diferentes de la Tierra. Los científicos esperan poder clasificar e interpretar algún día todas las vibraciones del Sol con el fin de comprender lo que sucede en su interior. En la actualidad los investigadores tienen planes de formar una red de observatorios por toda la Tierra dedicados a ese fin.

Las fulguraciones solares y la corona

Lo siguiente que le preguntamos al doctor Durney fue qué más se estudiaba allí en Sacramento Peak. Entonces nos habló de las fulguraciones solares. “Estas tremendas fulguraciones son erupciones que se producen en la superficie del Sol y se proyectan en el espacio por distancias de millones de kilómetros arrojando partículas que, cuando llegan a la Tierra, perturban las comunicaciones de radio. También existe un continuo flujo de partículas procedentes del Sol, llamado viento solar. Este frena la rotación de la superficie solar, lo que a su vez influye en la rotación de las zonas más profundas del Sol. El resultado es que a medida que el Sol envejece, su rotación es más y más lenta. Una de las cosas que estudiamos aquí es cómo reacciona el interior del Sol al frenado de la superficie.”

Otro estudio que se lleva a cabo en este observatorio tiene que ver con la toma diaria de fotografías de la corona solar. Estas fotografías revelan los cambios diarios de calor que se producen alrededor del Sol. Se preparan diagramas que indican a qué distancias del Sol se extienden las elevadas temperaturas. Estos diagramas cambian diariamente y suministran información útil para los astronautas.

El papel vital que desempeña el Sol

La energía procedente del Sol es necesaria para la continuidad de la vida en la Tierra. Su luz y energía afecta nuestra vida y nuestra visión, así como la de las plantas y los animales de la Tierra. Un estudio publicado en 1979 indica que en la parte occidental de Estados Unidos hay prueba de la existencia de un ciclo de sequía de veintidós años que de alguna manera parece guardar relación con el ciclo completo de las manchas solares que también es de aproximadamente veintidós años de duración. Esta es una de las razones por las que se manifiesta interés en la actividad solar y en su posible influencia en el clima.

En la década de los cincuenta, el Observatorio Sacramento Peak fue uno de los primeros en ayudar a determinar la constante solar, que es la cantidad total de energía térmica recibida por una superficie perpendicular a las radiaciones solares y situada a la distancia media de la Tierra al Sol. Quizás sea más importante todavía saber cuánto puede variar la constante solar.

Las manchas solares son uno de los rasgos más interesantes del Sol, que, además, nos afecta a nosotros en la Tierra. El primero en observar las manchas solares fue Galileo. Posteriormente, se determinó que un ciclo de manchas solares tiene una duración de once años y que un ciclo completo abarca dos períodos de once años de actividad de manchas solares. El doctor Durney explicó: “Las manchas solares son campos magnéticos. Son oscuras porque bloquean los movimientos que transportan energía. Se cree que las fulguraciones son causadas por la destrucción de estos campos magnéticos en la superficie solar, la cual entonces libera enormes cantidades de energía que afecta a los humanos porque causa perturbaciones en las ondas de radio y electrifica partes de nuestra atmósfera. Esta energía también produce las auroras boreales y las australes, maravillosos espectáculos de los que la humanidad ha disfrutado a lo largo de la historia”.

Los estudios que se hacen del Sol ayudan a predecir las tormentas geomagnéticas que pueden producirse en nuestra atmósfera cuando existe actividad de manchas solares. Estas tormentas afectan las comunicaciones de radio del mundo y, por consiguiente, también afectan las actividades que dependen de una buena comunicación por radio, como es el caso de la navegación aérea. ¿Por qué? Porque la energía liberada por las manchas solares rompe la capa de partículas ionizadas que rodea la Tierra —es esa capa la que refleja las ondas de radio de vuelta a la Tierra—, y eso hace que los mensajes de radio se pierdan. El problema es que, debido al elevado coste de la transmisión vía satélite, la mayor parte de la comunicación todavía se hace por medio de transmisores de ondas de radio situados en la Tierra.

Aún hay mucho que aprender respecto a la luz solar. Las plantas que producen nuestro alimento dependen de ella para fabricar los azúcares y otras sustancias químicas contenidas en nuestro alimento. Las reacciones fotoquímicas que provoca la luz solar nos permiten tomar fotografías en blanco y negro, y en color. Por eso, muchos consideran juicioso aprender todo lo que puedan acerca de nuestra estrella más próxima.

Después de esta breve visita a Sunspot y de las conversaciones mantenidas con expertos, llegamos a darnos cuenta de que nuestro conocimiento del Sol es bastante limitado. La mayoría de nosotros agradecemos el Sol en un día frío de invierno y desearíamos que no fuese tan caliente en los meses de verano, pero eso es prácticamente todo lo que conocemos de él. A nosotros nos gustó mucho aprender algo más de la física solar, y tuvimos que reconocer que, en realidad, el ser humano no ha hecho más que empezar a penetrar en las maravillas de nuestra benefactora estrella: el Sol.—Contribuido.

[Nota a pie de página]

[Diagrama/Fotografía en la página 23]

(Para ver el texto en su formato original, consulte la publicación)

Espejos (41 metros por encima del nivel del suelo)

Nivel del suelo

Tubos de vacío que giran (250 toneladas)

59 metros

67 metros por debajo del nivel del suelo

[Reconocimiento]

Tomado de un croquis del National Optical Astronomy Observatories

[Fotografías en la página 26]

Protuberancia solar

[Reconocimiento]

Holiday Films

Manchas solares

[Reconocimiento]

National Optical Astronomy Observatories

[Recuadro en la página 24]

¿A qué se hace referencia cuando se habla de las temperaturas del Sol?

En las páginas 59 y 60 de su libro Life and Death of the Sun (Vida y muerte del Sol), John Rublowsky explica lo siguiente: “Algo que deberíamos entender respecto a las acepciones del término temperatura es que hay dos clases diferentes. Una se llama ‘temperatura cinética’ y la otra, ‘temperatura radiante’. La temperatura cinética es el valor indicativo del movimiento molecular medio de una partícula. Cuanto más rápido es este movimiento, mayor es la temperatura. Cuando hablamos de temperaturas de la atmósfera solar, hablamos acerca de esta temperatura cinética. Lo que decimos, entonces, es que las velocidades medias a las que se mueven las partículas en la atmósfera solar van aumentando a medida que ascendemos desde la fotosfera. No obstante, aunque estas partículas tienen temperaturas de millones de grados, no podrían levantarle ninguna ampolla en la piel.

”Por otro lado, la temperatura radiante es el valor indicativo de la cantidad y calidad de radiación emitida por la materia. Cuando hablamos de las temperaturas que hay en las partes más profundas del Sol, utilizamos la palabra en este sentido. La temperatura de una llama es también una temperatura radiante.

”Sin embargo, al hablar de la atmósfera solar no podemos utilizar el concepto de temperatura en este sentido radiante. Si la temperatura de la corona estuviese a una temperatura radiante de un millón de grados [centígrados], la atmósfera solar sería tan brillante que no podríamos ver la fotosfera. De hecho, si este fuese el caso, la atmósfera solar emitiría tanta radiación que Plutón, el planeta más alejado del Sol, se vaporizaría por causa del intenso calor. Es esencial para nosotros que la temperatura de la atmósfera solar sea cinética más bien que radiante.

”Esto no significa que la atmósfera solar no emita absolutamente nada de radiación. No solo emite una gran cantidad de radiación, sino que además es de una clase muy peculiar. Las partes más elevadas de la corona emiten rayos X y un poco de luz visible, mientras que las partes más bajas emiten luz ultravioleta. Esta radiación es muy importante para la Tierra porque produce las diferentes capas de la atmósfera terrestre.”

[Recuadro/Diagrama en la página 25]

El Sol: la estrella de la Tierra

El Sol es un enorme horno que aporta a nuestra Tierra el calor y la luz necesarios para la vida. Esta enorme bola compuesta principalmente de gas hidrógeno es de tales dimensiones que podría contener más de un millón de planetas del tamaño de la Tierra. Sin embargo, en comparación con otras estrellas, no es de las más grandes. Los científicos están descubriendo que esta fuente de energía es más compleja de lo que se pensaba. Por ejemplo, “la mayor parte de la luz visible emana de una región dentro de la fotosfera que solo tiene unos 100 kilómetros de grosor”. Sin embargo, se calcula que el radio del Sol mide 696.265 kilómetros. (The Sun [El Sol], de Iain Nicolson.)

Las capas del Sol

LA PARTE INTERNA: El núcleo “ardiente” en el centro del Sol, donde las temperaturas son más elevadas.

LA ZONA DE RADIACIÓN: A través de esta zona, la energía del interior del Sol se transfiere por radiación en forma de rayos gamma y rayos X.

LA ZONA CONVECTIVA: Una región más fría a través de la cual, y por convección, viaja la energía procedente de la zona de radiación.

LA FOTOSFERA: Casi toda la luz solar es emitida desde esta aparente superficie del Sol. Es hasta cierto grado transparente y “puede observarse su interior hasta una profundidad de unos centenares de kilómetros”. (The Sun.) La temperatura es de aproximadamente 6.000 °C.

LA CROMOSFERA: Visible únicamente durante un eclipse total de Sol, consiste en una tenue capa de gas de unos miles de kilómetros de grosor. Es más caliente que la fotosfera, con una temperatura de alrededor de 10.000 °C.

LA CORONA: Visible solo durante un eclipse total de Sol, cuando adopta la apariencia de plumas y rayos de luz que se extienden a lo largo de grandes distancias y con temperaturas muy elevadas.

[Diagrama]

(Para ver el texto en su formato original, consulte la publicación)

Cromosfera

Fotosfera

Zona convectiva

Zona de radiación

La parte interna

[Reconocimiento]

Tomado de un croquis del National Optical Astronomy Observatories National Optical Astronomy Observatories Holiday Films