El ciclo de actividad de nuestra estrella: el Sol

19 Dic 2015

OSR blog post

Es fácil pensar que a los aficionados a la astronomía le guste más observar el cielo nocturno. Pero a los estudiosos los atrae también el Sol, nuestra estrella madre, y todos los fenómenos relacionados con él, como los eclipses, las erupciones, las manchas solares y sus protuberancias.

Además de sus atractivos, el Sol sigue escondie

ndo sus misterios a los físicos y a los estudiosos; pero a pesar de eso, en este artículo hablaremos del ciclo de actividad de nuestra estrella, que de alguna manera tiene cierta influencia en la Tierra.

Historia de los estudios sobre los ciclos solares

Ya en la época de Galileo, el astrónomo italiano, durante algunas de sus observaciones, descubrió que el Sol presentaba manchas en su superficie, pero su teoría le acarreó críticas y miscreencias, puesto que se pensaba que el Sol era una estrella perfecta. Sólo hoy, también gracias a Galileo, sabemos que estas manchas existen y que son típicas de nuestra estrella.

Otros estudiosos y curiosos se dedicaron a observar estas manchas, hasta que en 1843, el astrónomo Henrich Schwabe, se dio cuenta que el número de estas manchas era variable, ya que seguía un ciclo de unos diez años, que podía variar entre siete y quince. Parece que el ciclo fue regular desde que se observaron las manchas, excepto durante un período conocido como «mínimo de Maunder». Y desde entonces, se cree que este ciclo solar pueda influir en el clima de la Tierra.

Los dos astrónomos, es decir, Maunder y Sporer, hacia el final del siglo XIX, siguieron analizando los registros históricos de las manchas solares, a las que intentaron aplicar el número de Wolf, que es el que se utiliza actualmente para medir la cantidad y el tamaño de las manchas. Maunder y Sporer se dieron cuenta que en el período de 1645 y 1715 no se observó ni una sola mancha en la parte del hemisferio norte del Sol. Durante todo el período sobredicho, que es conocido con el nombre de «mínimo de Maunder», se registró una reduccíon de las auroras polares, además de una reducida actividad de nuestra estrella.

Nadie se pudo explicar la desaparición de las manchas solares, y en el siglo XX, el astrónomo estadounidense Eddy creó el nombre de «mínimo de Maunder» para referirse a este período de treinta años caracterizado por una reducida actividad solar. A este intervalo de tiempo le correspondió una época muy fría llamada «pequeña Edad de Hielo» que ocurrió entre los siglos XVI y XVII. La temperatura, en aquella época, a pesar de no experimentar una reducción significativa, vio fenómenos de heladas y de nieve en zonas donde normalmente estos no ocurrían. Por ejemplo, en los países bálticos, los puertos cerraron su actividad de manera anticipada porque el hielo se adelantó, y en Londres el Támesis se congelaba durante todo el año.

Pero, según los científicos, este contexto difícil no dependía sólo por la reduccíon de la actividad solar, sino también por fenómenos de erupciones volcánicas, y del consiguiente polvo, que, una vez en la atmósfera, al no encontrar una intensa presencia de luz, causaba una reducción de la temperatura.

¿Los ciclos solares pueden afectar de alguna manera nuestro clima?

Los efectos de los ciclos solares, no afectaron sólo el período del «mínimo», sino que se han extendido hasta hoy. Esto se puede ver gracias al trabajo de algunos estudiosos que han recogido, a lo largo del tiempo, datos suficientes como para afirmar que los ciclos solares siguen influyendo sobre nuestro clima terrestre. Por ejemplo, en algunos observatorios meteorológicos presentes en el hemisferio norte, se ha notado que durante la fase intensa de actividad solar, la lluvia se desplaza de latitudes, pasando, por ejemplo, de 60°-70° a 70°-80° de rango. Otra evidencia nos la da la presencia, en Reino Unido, de estaciones eléctricas golpeadas por más rayos durante el máximo de actividad solar.

Ahora, hay que saber que la actividad solar se mide basándose en el número de manchas solares presentes en la superficie del Sol. Cuando las manchas en la superficie son muchas, quiere decir que el Sol está experimentando una fase de intensa actividad, emitiendo mayor cantidad de energía en su alrededor. El número de manchas no es costante, sino que varía en los años, por este motivo se habla de ciclos solares, que pueden durar más o menos once años.

Sin embargo, si tomamos en cuenta la polaridad magnética de las manchas, vemos que el ciclo solar no es de once sino de veintidós años. Un ejemplo de este ciclo lo encontramos en la zona oeste de Estados Unidos, donde las sequías son comunes, y se observa un aumento de estas sequías dos o tres años después del ciclo solar de veintidós. Otra prueba nos la ofrece el menor crecimiento de los árboles en algunas zonas del planeta, durante la reducción de la actividad solar. Sin embargo, todas estas consecuencias van a enriquecer los datos estadísticos, y pueden no bastar como para comprobar que los ciclos solares afecten, de alguna manera, las fluctuaciones del clima terrestre.

Entonces, la pregunta que nos ponemos es: ¿ cómo influyen los ciclos solares en nuestro clima ? Podemos afirmar que el Sol es nuestra fuente de energía primaria, y a este propósito los estudiosos se han dado cuenta, por ejemplo, que el Sol, en su máxima actividad, aumenta la emisión de luz ultravioleta. Ésta, se difunde en la termosfera a una altura de unos 100 km, y es capaz de influir y regular incluso la producción de ozono (O3). El ozono, a su vez, puede afectar de alguna manera la corriente en chorro, es decir, el flujo de aire presente en el hemisferio norte. Además, la radiación que llega del Sol es responsable de la regulación y del nivel de la tropopausa, o sea, aquella zona de aire entre la troposfera y la estratosfera.

Otro fenómeno debido a la actividad solar, y quizá más atractivo que los analizados hasta ahora, es el de las auroras polares. Las auroras se manifiestan cuando el cielo se pinta de miles de colores que se mueven de manera rápida atravesando la atmósfera terrestre. En realidad, se trata de pequeñas partículas solares que penetran en el campo magnético terrestre. Estas partículas se producen como consecuencia de erupciones solares, y son más numerosas cuando la actividad de nuestra estrella es intensa. Las auroras suelen realizarse en las altas latitudes, a pesar de eso, algunas muy fuertes pueden observarse incluso en bajas latitudes.

Sin embargo, estos fenómenos tan llamativos, como el de las auroras, hay que recordar, que se producen como consecuencia de tormentas solares, que desde luego presentan su faceta negativa. Hace algunos años, estas tormentas causaron graves apagones en una vasta zona de Canadá, y producir daños a los satélites por parte de las partículas provenientes del Sol.

Por estas razones, actualmente las agencias espaciales intentan controlar el clima espacial para prevenir situaciones peligrosas, con la esperanza de intervenir a tiempo. Otro efecto interesante de los ciclos solares son las tormentas geomagnéticas, que aumentan su probabilidad paralelamente a la actividad solar.

El origen del ciclo solar y su presencia en otras estrellas

Hemos hablado poco sobre el origen del ciclo solar y en qué manera se manifiesta en otras estrellas. Primero, hay que decir que en nuestra época actual, si uno observase el Sol a través de un telescopio óptico, podría notar la presencia de manchas solares, algunas a grupos y otras aisladas. La presencia máxima de las manchas solares se ve a lo largo de once años, (por esta razón se habla de ciclo solar de once años), y su difusión no siempre es homogénea en la superficie de nuestra estrella, ya que durante el «Mínimo de Maunder» sobredicho, la mayoría de las manchas se encontraba en el hemisferio sur del Sol.

La actividad de nuesta estrella no se desarrolla solamente en la zona de las manchas, sino incluso en otras capas, es decir, la fotosfera (más adentro), cromosfera y corona (hacia afuera). La corona es la parte más caliente, con temperaturas superiores al millón de grados, mientras la fotosfera tiene alrededor de 500 K.

La actividad solar se puede observar sobre todo en la parte de la corona, aunque para verla se necesita de un telescopio de rayos X. Las regiones donde es más visible la actividad de nuestra estrella, está formada por grupos de bucles a muy alta temperatura. Puede ocurrir que estos bucles se quebren y que el Sol produzca partículas de material muy caliente que se dirigen, generalmente, hacia nuestro planeta, en particular en la zona de los respectivos polos, causando el fenómeno de las auroras polares.

De todas formas, la pregunta principal es ¿ por qué las manchas siguen o se distribuyen a lo largo de los ciclos solares? Desde luego, responder a esta pregunta no es fácil, ya que observar la actividad de nuestra estrella es bastante complicado. Lo que sí, se puede hacer, es analizar la actividad de las otras estrellas, con el fin de conocer mejor a nuestro Sol. Acerca de las otras estrellas, podemos decir, que en los años sesenta se empezó el proyecto en el observatorio estadounidense Monte Wilson, con el propósito de descubrir el ciclo de actividad en otras estrellas.

Los estudiosos notaron otras estrellas «frías» con temperaturas parecidas a la del Sol, y pensaron en controlar su cromosfera durante muchos años. Este estudio sigue actualmente y hasta ahora se han observado ciclos de otras estrellas entre dos y veinte años de duración. Los resultados obtenidos hasta ahora nos permiten afirmar que las estrellas viejas tienen un ciclo de vida más regular con respecto a las jóvenes, que presentan ciclos diferentes y no regulares. Además, las estrellas jóvenes tienen ciclos muy variables, o sea, pueden experimentar un ciclo de tres años de actividad y otro por ejemplo de diez, y sus ciclos son más cortos que las estrellas viejas.

Si hablamos, en cambio, de los ciclos del Sol, hay que decir que como estrella poco activa, tiene ciclos de actividad muy regulares y que duran mucho tiempo; y en su máxima actividad vemos que el brillo se ve mejor en la fotosfera, aunque las manchas aparezcan en su superficie. Si hacemos referencia a las estrellas más jovenes y por lo tanto activas, como hemos mencionado antes, los ciclos aparecen más cortos y no regulares, y la fotosfera resulta menos brillante.

Pero en el caso de la corona, el estudio de sus ciclos es más complejo, ya que todavía no existen telescopios dedicados exclusivamente a ello. Sólo hace poco tiempo, los ciclos coronales que se conocían eran el del Sol y de otras tres estrellas más. Éstas, tenían una edad parecida a la del Sol, con ciclos de duración muy similares.

El estudio del ciclo de una estrella jóven: iota Hor

De reciente, se ha publicado un estudio sobre el ciclo coronal de una estrella activa. La estrella se llama iota Hor, una estrella visible solamente en parte de Iberoamérica. Iota Hor presenta el ciclo de actividad más corto conocido hasta ahora, es decir, 1,6 años, antecedente a otro más largo de siete años, con momentos de desfase después de los cuales los ciclos vuelven a organizarse.

La estrella iota Hor es interesante sobre todo porque tiene una masa casi como la del Sol, y una edad de 700 millones de años, como la que tenía nuestra estrella al empezar la vida en la Tierra. Iota Hor, nos permitiría conocer cómo eran los ciclos del Sol en aquella época, cuando se manifestaron las primeras actividades solares.

Con lo dicho anteriormente, aparece muy probable que los ciclos solares tengan cierta influencia en nuestro clima. Si todo es verdad, la influencia es debida principalmente a la emisión de rayos UV y X.

Resumiendo lo antedicho, podemos decir que las estrellas más jóvenes tienen un nivel de actividad tan alto que no es posible observar ciclos regulares. Pero, cuando estos astros empiezan a girar menos rapidaménte, la disminucción de regiones activas permite analizar ciclos, ya que varía la presencia de manchas en la superficie. Cuando la rotación disminuye su velocidad, hay momentos en los que en estas estrellas no se consigue notar la presencia de manchas, por lo tanto sus ciclos son muy variables, como ocurre con nuestro Sol.

Sin embargo, la cantidad variable de radiación que emite una estrella, según la duración de sus ciclos, puede influir en el clima de un planeta, causando incluso variaciones en su atmósfera. Es probable que en el futuro, profundizando el estudio sobre los ciclos, se pueda conocer, de manera anticipada, incluso los períodos mejores para hacer cosechas o sembrar nuestras tierras.