Entendemos muchas cosas sobre el Sol, pero estos tres misterios siguen desconcertando a los científicos.(Crédito de la imagen: Javier Zayas Photography via Getty Images)Salta a:
- 1. El problema del calentamiento coronal
- 2. La dinamo interna del sol y el ciclo solar
- 3. Predicción de erupciones solares y eyecciones de masa coronal
- ¿Qué herramientas tenemos para responder a estas preguntas?
Desde que empezamos a enviar satélites al espacio, nuestro conocimiento del sol ha aumentado exponencialmente. Vimos el sol en nuevas longitudes de onda, observando por primera vez nuestra estrella local en ultravioleta y rayos X. Estas observaciones revelaron muchos nuevos fenómenos inexplicables en el sol. Muchas de estas primeras observaciones solares ya han sido explicadas hace tiempo, pero aún existen misterios sobre el Sol en los que los científicos están trabajando para comprenderlos.
Aquí esbozamos tres de los principales enigmas pendientes de nuestra estrella local, aunque sin duda hay otros. La mayoría de los proyectos actuales y futuros para observar el Sol, ya sea desde tierra o desde el espacio, incluyen uno o varios de estos misterios como objetivo científico principal.
1. El problema del calentamiento coronal
La atmósfera exterior del sol, llamada corona, tiene una temperatura de unos 1,8 millones de grados Fahrenheit (1 millón de grados Celsius). Sin embargo, la superficie del sol, llamada fotosfera, tiene una temperatura mucho, mucho más fría, de 5.500 C (10.000 F). A primera vista, esto parece desconcertante. Si la atmósfera solar obtiene su energía del Sol, ¿cómo es posible que la corona esté más caliente que el propio Sol?
La corona es visible durante un eclipse solar total. (Crédito de la imagen: Copyright Miloslav Druckmüller, Shadia Habbal, Peter Aniol, Pavel Starha)Una analogía común utilizada para explicar esto es una hoguera: Si una hoguera proporciona calor, es de esperar que el aire se enfríe, no que se caliente, a mayor distancia de la hoguera, como ocurre con el sol. Sin embargo, se trata de una analogía horrible porque malinterpreta la verdadera definición de temperatura en física.
En física, la temperatura se define como la cantidad de energía que contienen los átomos que componen una sustancia, por ejemplo, el aire que te rodea. Si los átomos vibran con mucha energía, el aire está caliente. Si vibran menos, el aire está más frío. Pero esta definición no tiene en cuenta la densidad. Si el aire es más denso y tiene más átomos de la misma temperatura, la temperatura del aire no cambia. Lo que sí cambia es la energía del aire que nos rodea.
Así, en el contexto del sol, la corona es mucho más caliente -pero mucho menos densa- que la superficie solar. La superficie, en cambio, es más fría pero con densidades mucho mayores. El resultado es que, aunque la temperatura de la fotosfera es menor, la energía total sigue siendo mayor.
Pero aunque sabemos que la corona está caliente debido a la mayor energía de la fotosfera, esto sigue sin resolver el problema del calentamiento coronal. Lo que sigue siendo un misterio es cómo se transporta la energía desde la superficie del Sol hasta su atmósfera. Existen múltiples teorías, pero nuestras observaciones no han aportado pruebas concluyentes… todavía.
2. La dinamo interna del sol y el ciclo solar
El sol sigue un ciclo de 11 años de actividad creciente y decreciente. En el punto álgido de este ciclo solar, llamado máximo solar, abundan las manchas solares, las erupciones solares y las eyecciones de masa coronal (CME). En el mínimo solar, el Sol permanece inactivo durante meses o años. El periodo del ciclo de 11 años es bastante predecible y se aproxima bastante a este lapso de tiempo. Sin embargo, lo que cambia considerablemente de un ciclo a otro es la magnitud del máximo solar. Algunos ciclos solares tienen un máximo más del doble que otros.
NOAA ISES progresión del número de manchas solares del ciclo solar: Los ciclos solares 19-24 muestran amplitudes considerablemente diferentes del máximo solar. (Crédito de la imagen: NOAA Space Weather Prediction Center)
En términos generales, entendemos lo que impulsa el ciclo solar. Debido a que el Sol gira a diferentes velocidades en diferentes latitudes, el campo magnético global se enrolla lentamente y se vuelve más concentrado, produciendo más actividad magnética. Finalmente, el campo magnético aumenta tanto que desaparece por debajo de la superficie del sol, revelando un campo magnético mínimo solar básico. Aunque a grandes rasgos entendemos este fenómeno, aún no se comprende del todo la intrincada física que impulsa el campo magnético solar desde el interior del Sol -la llamada dinamo solar- y por qué provoca ciclos de 11 años con picos variables.
3. Predicción de erupciones solares y eyecciones de masa coronal
Una erupción solar sale del lado lejano del sol el 23 de julio de 2024. (Crédito de la imagen: Helioviewer.org)Las erupciones solares y las CME son las principales causas de la meteorología espacial, es decir, la influencia del Sol en el entorno cercano a la Tierra, con consecuencias para las redes eléctricas, los satélites y las radiocomunicaciones. En todo el mundo, decenas de meteorólogos espaciales comunican periódicamente sus predicciones a los principales interesados, informándoles de cualquier posible perturbación de origen solar. Estos meteorólogos hacen un trabajo fantástico, pero están muy limitados tanto por las observaciones disponibles como por nuestro escaso conocimiento colectivo sobre los factores que impulsan las erupciones solares y las CME.
En la actualidad, nuestras previsiones sobre erupciones y CME son probabilísticas y reactivas. Podemos determinar cuándo es muy probable que se produzcan, pero no cuándo estallarán. Para que podamos predecir mejor estos fenómenos, primero debemos comprender los intrincados procesos que desencadenan las erupciones y las CME a escalas muy pequeñas. Este es otro campo clave de la investigación en curso.
¿De qué herramientas disponemos para responder a estas preguntas?
Concepto artístico de la Parker Solar Probe de la NASA observando el Sol. (Crédito de la imagen: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben)Nos encontramos en una época de gran riqueza de datos en la investigación de la física solar. En el espacio, la NASA cuenta con numerosas misiones heliofísicas en órbita terrestre, como el Observatorio de Dinámica Solar y el Espectrógrafo de Imágenes de la Región de Interfaz. A ellas se unirá, a finales de esta década, la misión Multi-slit Solar Explorer de la NASA. Otros telescopios clave en órbita terrestre son el japonés Hinode, el indio Aditya-L1 y el Observatorio Solar Avanzado de China.
En órbita alrededor del Sol, tenemos el Solar Orbiter de la Agencia Espacial Europea y la Parker Solar Probe de la NASA. Y, por último, tenemos una gran cantidad de telescopios solares en tierra, el mayor de los cuales es el Inouye Solar Telescope de la National Science Foundation. En conjunto, estas misiones de física solar, junto con otras, están haciendo un trabajo fantástico al proporcionar los datos necesarios para ayudar a resolver los misterios pendientes del sol.
