El Sol
El Sol es la estrella más cercana a la Tierra y el mayor elemento del Sistema Solar. Las estrellas son los únicos cuerpos del Universo que emiten luz. El Sol es también nuestra principal fuente de energía, que se manifesta, sobre todo, en forma de luz y calor.
El Sol contiene más del 99% de toda la materia del Sistema Solar. Ejerce una fuerte atracción gravitatoria sobre los planetas y los hace girar a su alrededor.
El Sol se formó hace 4.650 millones de años y tiene combustible para 5.000 millones más. Después, comenzará a hacerse más y más grande, hasta convertirse en una gigante roja. Finalmente, se hundirá por su propio peso y se convertirá en una enana blanca, que puede tardar un trillón de años en enfriarse.
| Datos básicos |
El Sol |
La Tierra |
| Tamaño: radio ecuatorial |
695.000 km. |
6.378 km. |
| Periodo de rotación sobre el eje |
de 25 a 36 días * |
23,93 horas |
| Masa comparada con la Tierra |
332.830 |
1 |
| Temperatura media superficial |
6000 º C |
15 º C |
| Gravedad superficial en la fotosfera |
274 m/s2 |
9,78 m/s2 |
* El periodo de rotación de la superficie del Sol va desde los 25 dias en el ecuador hasta los 36 dias cerca de los polos. Más adentro parece que todo gira cada 27 días.
El Sol (todo el Sistema Solar) gira alrededor del centro de la Via Láctea, nuestra galaxia. Da una vuelta cada 200 millones de años. Ahora se mueve hacia la constelación de Hércules a 19 Km./s.
Actualmente el Sol se estudia desde satélites, como el Observatorio Heliosférico y Solar (SOHO), dotados de instrumentos que permiten apreciar aspectos que, hasta ahora, no se habían podido estudiar.
Además de la observación con telescopios convencionales, se utilizan: el coronógrafo, que analiza la corona solar, el telescopio ultravioleta extremo, capaz de detectar el campo magnético, y los radiotelescopios, que detectan diversos tipos de radiación que resultan imperceptibles para el ojo humano.
Estructura y composición del Sol
Desde la Tierra sólo vemos la capa exterior. Se llama fotosfera y tiene una temperatura de unos 6.000 ºC, con zonas más frías (4.000 ºC) que llamamos manchas solares. El Sol es una bola que puede dividirse en capas concéntricas. De dentro a fuera son:
Núcleo: es la zona del Sol donde se produce la fusión nuclear debido a la alta temperatura, es decir, el generador de la energía del Sol.
Zona Radiativa:: las partículas que transportan la energía (fotones) intentan escapar al exterior en un viaje que puede durar unos 100.000 años debido a que éstos fotones son absorbidos continuamente y reemitidos en otra dirección distinta a la que tenían.
Zona Convectiva: en ésta zona se produce el fenómeno de la convección, es decir, columnas de gas caliente ascienden hasta la superficie, se enfrían y vuelven a descender.
Fotosfera: es una capa delgada, de unos 300 Km, que es la parte del Sol que nosotros vemos, la superfície. Desde aquí se irradia luz y calor al espacio. La temperatura es de unos 5.000°C. En la fotosfera aparecen las manchas oscuras y las fáculas que son regiones brillantes alrededor de las manchas, con una temperatura superior a la normal de la fotosfera y que están relacionadas con los campos magnéticos del Sol.
Cromosfera: sólo puede ser vista en la totalidad de un eclipse de Sol. Es de color rojizo, de densidad muy baja y de temperatura altísima, de medio millon de grados. Esta formada por gases enrarecidos y en ella existen fortísimos campos magnéticos.
Corona: capa de gran extensión, temperaturas altas y de bajísima densidad. Está formada por gases enrarecidos y gigantescos campos magnéticos que varían su forma de hora en hora. Ésta capa es impresionante vista durante la fase de totalidad de un eclipse de Sol.
Componentes químicos
|
Símbolo |
% |
| Hidrógeno |
H |
92,1 |
| Helio |
He |
7,8 |
| Oxígeno |
O |
0,061 |
| Carbono |
C |
0,03 |
| Nitrógeno |
N |
0,0084 |
| Neón |
Ne |
0,0076 |
| Hierro |
Fe |
0,0037 |
| Silicio |
Si |
0,0031 |
| Magnesio |
Mg |
0,0024 |
| Azufre |
S |
0,0015 |
| Otros |
|
0,0015 |
La Energía Solar
La energía solar se crea en el interior del Sol, donde la temperatura llega a los 15 millones de grados, con una presión altísima, que provoca reacciones nucleares. Se liberan protones (núcleos de hidrógeno), que se funden en grupos de cuatro para formar partículas alfa (núcleos de helio).
Cada partícula alfa pesa menos que los cuatro protones juntos. La diferencia se expulsa hacia la superficie del Sol en forma de energía. Un gramo de materia solar libera tanta energía como la combustión de 2,5 millones de litros de gasolina.
La energía generada en el centro del Sol tarda un millón de años para alcanzar la superficie solar. Cada segundo se convierten 700 millones de toneladas de hidrógeno en cenizas de helio. En el proceso se liberan 5 millones de toneladas de energía pura; por lo cual, el Sol cada vez se vuelve más ligero.
El Sol también absorbe materia. Es tan grande y tiene tal fueza que a menudo atrae a los asteroides y cometas que pasan cerca. Naturalmente, cuando caen al Sol, se desintegran y pasan a formar parte de la estrella.
Actividad solar
Manchas Solares
Las manchas solares tienen una parte central obscura conocida como umbra, rodeada de una región más clara llamada penumbra. Las manchas solares son obscuras ya que son más frías que la fotosfera que las rodea.
Las manchas son el lugar de fuertes campos magnéticos. La razón por la cual las manchas solares son frías no se entiende todavía, pero una posibilidad es que el campo magnético en las manchas no permite la convección debajo de ellas.
Las manchas solares generalmente crecen y duran desde varios días hasta varios meses. Las observaciones de las manchas solares reveló primero que el Sol rota en un período de 27 días (visto desde la Tierra).
El número de manchas solares en el Sol no es constante, y cambia en un período de 11 años conocido como el ciclo solar. La actividad solar está directamente relacionada con este ciclo.
Protuberancias solares
Las protuberancias solares son enormes chorros de gas caliente expulsados desde la superficie del Sol, que se extienden a muchos miles de kilómetros. Las mayores llamaradas pueden durar varios meses.
El campo magnético del Sol desvia algunas protuberancias que forman así un gigantesco arco. Se producen en la cromosfera que está a unos 100.000 grados de temperatura.
Las protuberancias son fenómenos espectaculares. Aparecen en el limbo del Sol como nubes flameantes en la alta atmósfera y corona inferior y están constituidas por nubes de materia a temperatura más baja y densidad más alta que la de su alrededor.
Las temperaturas en su parte central son, aproximadamente, una centésima parte de la temperatura de la corona, mientras que su densidad es unas 100 veces la de la corona ambiente. Por lo tanto, la presión del gas dentro de una protuberancia es aproximadamente igual a la de su alrededor.
El viento solar
El viento solar es un flujo de partículas cargadas, principalmente protones y electrones, que escapan de la atmósfera externa del sol a altas velocidades y penetran en el Sistema Solar.
Algunas de estas partículas cargadas quedan atrapadas en el campo magnético terrestre girando en espiral a lo largo de las líneas de fuerza de uno a otro polo magnético. Las auroras boreales y australes son el resultado de las interacciones de estas partículas con las moléculas de aire.
La velocidad del viento solar es de cerca de 400 kilómetros por segundo en las cercanías de la órbita de la Tierra. El punto donde el viento solar se encuentra que proviene de otras estrellas se llama heliopausa, y es el límite teórico del Sistema Solar. Se encuantra a unas 100 UA del Sol. El espacio dentro del límite de la heliopausa, conteniendo al Sol y al sistema solar, se denomina heliosfera.
¿Por qué brilla el Sol?
En 1.920, el astrofísico británico Arthur Eddington fue el primero en descubrir por qué brillan las estrellas. La luz del Sol se debe a las fusiones nucleares que se producen en su interior.
El Sol se compone de gases, principalmente de hidrógeno, que es el átomo más simple. Un átomo de hidrógeno contiene un protón y un electrón. Conforme la gravedad agrupa los átomos de hidrógeno en el núcleo del Sol, están cada vez más aprisionados entre sí. La presión y temperatura aumentan, hasta que los átomos comienzan a fusionarse. Dos átomos de hidrógeno se fusionan en uno solo: con dos protones y dos electrones. Este nuevo átomo es helio.
En el proceso de fusión, parte de la masa del átomo se pierde. Es decir, la masa del átomo de helio no es la suma de la masa de los dos átomos de hidrógeno, sino que es menor. Esta diferencia de masa es lo que se transforma en energía, que sale despedida en forma de luz.
Cada segundo, el Sol transforma millones de toneladas de átomos de hidrógeno en átomos de helio. En esto consisten las reacciones nucleares del interior de una estrella. Se producen tantas fusiones, que la cantidad de energía es inmensa. La energía que genera el Sol en un segundo bastaría para abastecer a la Tierra durante un millón de años. Pero a la Tierra llega sólo una pequeña parte de esa energía. La mayoría se expande por el resto del Sistema Solar.
La energía se libera al espacio en forma de radiación, en todas sus variables: ondas de radio, microondas, radiación infrarroja (calor), luz visible, radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Las ondas de radio y microondas son la radiación más débil, mientras que la radiación gamma es la más potente que existe.
Desde que se produce la energía en el núcleo del Sol hasta que llega a la superficie y se libera al espacio pasan cientos de miles de años. En el trayecto, parte de esa energía pierde potencia y por eso se emite en las distintas formas de radiación. Aún así, gran parte de la energía que desprende el Sol sigue siendo rayos gamma. La luz visible es energía solar que ha perdido parte de su potencia. Desde que deja el Sol, tarda 8 minutos en llegar a la Tierra.
El Sol no brilla siempre con la misma intensidad. Varía en función de los ciclos solares. El Sol brilla más cuando aumenta el número de manchas solares, que es cuando el Sol está más activo.
Los ciclos solares
Los ciclos solares regulan toda la actividad solar y la meteorología espacial. Aunque se han estudiado mucho en las últimas décadas, aún no se conocen del todo. Es muy importante comprender cómo funcionan los ciclos solares, ya que afectan a gran parte de nuestra tecnología actual y sobre todo, a las comunicaciones y la navegación aérea. También es necesario para planificar futuras misiones a Marte.
El Sol funciona a un ritmo constante y ordenado. El ciclo solar está relacionado con la aparición de manchas solares. En el siglo XIX se descubrió que cada 11 años aparecían unas misteriosas manchas en la superficie del Sol. Hoy sabemos que las manchas solares indican el máximo solar, es decir, el momento en que el Sol tiene más actividad.
Cada ciclo solar dura 11 años. El responsable es el campo magnético del Sol, y éste se produce por el movimiento del plasma en su interior.
El plasma se mueve a distinta velocidad en las distintas zonas del Sol, así:
• En las capas externas del Sol (zonas convectiva y fotosfera): en la zona del ecuador el plasma tarda 26 días en dar una vuelta completa. Mientras que el plasma cercano a los polos se mueve más despacio y tarda 36 días.
• En las capas internas del Sol (núcleo y zona radiactiva): el plasma tarda 27 días en dar una vuelta completa.
Por tanto, el plasma de las capas internas se mueve más despacio que el de las capas externas del ecuador, pero bastante más rápido que el de los polos. Esta diferencia de velocidad hace que unas capas se deslicen sobre otras y se cree un campo magnético. Las manchas solares son las zonas donde el campo magnético es más fuerte.
El campo magnético está formado por líneas de partículas cargadas eléctricamente. Al comienzo del ciclo, estas líneas están ordenadas de polo a polo. El plasma, al moverse, las empuja y las dobla. Como el plasma se mueve a distintas velocidades, las líneas del campo magnético se retuercen, se doblan y se elevan hasta salir a la superficie. Salen al exterior en forma de bucles coronales, que pueden alcanzar la altura de varios planetas Tierra.
Cuando la actividad solar es máxima, los bucles son muy numerosos e intensos. Chocan entre sí y expulsan enormes chorros de plasma y rayos X, llamadosfulguraciones. El plasma se expande por todo el Sistema Solar y forma el viento solar.
A veces se producen eyeccciones de masa coronal, violentas explosiones de plasma que son las que originan las tormentas solares.
Las tormentas solares
Las tormentas solares se producen cuando el ciclo solar alcanza su máxima actividad y justo después. Es decir, cuando la actividad magnética del Sol es más fuerte y comienza a descender. Hay un máximo solar cada 11 años. El próximo comenzará a finales del año 2.012 y se prolongará durante el 2.013.
Las tormentas solares consisten en violentas explosiones de plasma y de partículas cargadas, llamadas fulguraciones y, sobre todo, eyecciones de masa coronal. Normalmente, las eyecciones de masa coronal se producen tras una fulguración, pero no siempre es así.
La actividad magnética del Sol hace que se formen bucles de plasma en su superficie. Cuando la actividad magnética es más fuerte, hay tantos bucles que chocan entre sí y provocan enormes explosiones de plasma. Alcanzan una temperatura de decenas de millones de grados.
Durante una tormenta solar, se expulsan y se expanden por todo el Sistema Solar millones de toneladas de plasma y partículas cargadas, junto con gran cantidad de rayos X y gamma, la radiación más potente que existe. La radiación alcanza la Tierra en 8 minutos, ya que viaja a la velocidad de la luz. Afortunadamente, nuestra atmósfera nos protege.
Las partículas cargadas tardan en alcanzarnos de uno a tres días, aunque a veces llegan en sólo unas horas. Chocan contra el campo magnético de la Tierra, lo comprimen y pasan a las capas altas de la atmósfera. Cargan la atmósfera con la potencia de billones de vatios. Provocan sobrecarga en las redes eléctricas, apagones, averías en satélites y telecomunicaciones, perturbaciones en el tráfico aéreo, etc. Nuestra tecnología nos hace cada vez más vulnerables a las tormentas solares.
Aún no es posible predecir cuándo se producirá una tormenta solar. Además, cuando se produce, se dispone de pocas horas para reaccionar.
La tormenta solar más fuerte registrada hasta el momento fue en 1.859, y se conoce como el evento Carrington. Destrozó la red de telégrafos y produjo auroras boreales tan espectaculares que se vieron incluso en España. Hoy, aunque no sean tan fuertes, producen más daños, ya que casi toda nuestra tecnología depende de las ondas electromagnéticas. La tormenta solar con mayores pérdidas económicas fue la de 1.989, que dejó sin electricidad a más de 7 millones de personas en Quebec.
¿Cómo afecta el Sol al clima?
El Sol es la fuente de energía de toda la vida en la Tierra. La mayor parte de la energía solar llega a la Tierra en forma de luz y calor. El clima depende del modo en que esta energía se reparte entre la atmósfera y la superficie terrestre. El clima es más cálido donde llega más energía a la superficie, y más frío donde menos.
La atmósfera de la Tierra es densa, y una buena parte de la energía solar se pierde al atravesarla. La atmósfera impide que los rayos más dañinos lleguen a la superficie (rayos X, gamma y buena parte de los rayos ultravioleta).
Los gases y las partículas de polvo de la atmósfera hacen que una pequeña parte de la energía se disperse antes de llegar al suelo. Esta dispersión de la luz es la que produce el color azul del cielo. Otra parte es absorbida por el vapor de agua o reflejada por nubes y océanos. La cantidad de energía solar que alcanza la superficie puede ser 4 veces mayor en un día despejado que en un día muy nublado.
La cantidad de energía que absorbe la superficie depende de la latitud, ya que el ángulo en que llega la luz varía. Sobre el ecuador la luz entra en línea recta, por lo que absorbe más calor y el clima es cálido. Cuanto más nos alejamos del ecuador, la luz llega en un ángulo más cerrado, atraviesa más atmósfera, se pierde más energía y el clima es más frío. En las zonas cercanas a los polos, sólo el 5% del calor llega a la superficie.
Estas variaciones provocan cambios de presión en la atmósfera y forman las corrientes de viento. Las corrientes de viento se unen a las oceánicas y producen fenómenos como El Niño, los monzones, huracanes, etc.
El ángulo en que llega la luz varía en cada época del año. Se debe a que la Tierra gira sobre un eje inclinado a la vez que orbita alrededor del Sol. Por tanto, la cantidad de energía solar que se recibe en cada época del año es distinta y se crean las estaciones.
Los ciclos solares también afectan al clima de la Tierra. Hay relación entre la cantidad de manchas solares y períodos de largas sequías o inundaciones. También varía la cantidad de radiación que llega a la superficie. Entre los siglos XVI y XVIII hubo un enfriamiento conocido como la Pequeña Edad de Hielo, coincidiendo con un período en el que apenas hubo manchas solares. Actualmente la actividad solar es muy alta, y se estudia si podría tener relación con el cambio climático.
