Las manchas solares: formación y evolución

30 Ago 2015

From the OSR Blog

Una mancha solar es una región del Sol que tiene una temperatura más baja que sus alrededores, y con una intensa actividad magnética. Una mancha solar consiste en una zona central oscura, llamada "umbra", rodeada por una "penumbra" más clara.

Una sola de ellas puede llegar a medir hasta 12.000 km, casi tan grande como el diámetro de la Tierra, pero un grupo de manchas puede alcanzar 120.000 km de extensión e incluso algunas veces más. Las zonas de la umbra y de la penumbra parecen oscuras por contraste con la fotosfera, simplemente porque están más frías que la temperatura media de la fotosfera.

La oscuridad de estas manchas es solamente un efecto de contraste; si pudiéramos ver a una mancha tipo, con una umbra del tamaño de la Tierra, aislada y a la misma distancia que el Sol, brillaría unas cincuenta veces más que la Luna llena. Las manchas están relativamente inmóviles con respecto a la fotosfera y participan de la rotación solar.

La evolución de las manchas solares

Las manchas aparecen, crecen y cambian de dimensiones y aspecto y luego desaparecen tras haber existido durante una o dos rotaciones solares, es decir uno o dos meses, aunque su vida media es aproximadamente dos semanas. Suelen aparecer por parejas pero primero se observa una formación brillante, al día siguiente ya hay una pequeña mancha mientras en el poro gemelo, a unos pocos grados de distancia aparece otra mancha.

A los pocos días ambas manchas tienen el aspecto característico: una región central oscura llamada sombra, con temperaturas alrededor de unos 2500 k y brillo un 20% de la fotoesfera, rodeada de una zona grisácea y con aspecto filamentoso, la penumbra, con temperaturas alrededor de 3300 k y brillo un 75% de la fotoesfera.

Junto a estas dos manchas principales aparecen otras más pequeñas; todas las manchas tienen movimientos propios con velocidades de hasta centenares de kilómetros por hora. Este grupo de manchas alcanza su máxima complejidad hacia el décimo día.

Las dos manchas principales se comportan como si fuesen dos potentes imanes, ya que entre ambas existe un campo magnético con una intensidad muy notable. La mancha que está al oeste solar se llama conductora y la que está al este solar conducida.

Preguntas y estudios sobre las manchas solares

Sin embargo, si la temperatura del Sol es tan alta que está al blanco, ¿por qué las manchas solares son negras? Para ser negras tendrían que ser frías, pero ¿cómo puede haber algo frío en el Sol?

Esta pregunta, tal como está formulada parece ser una verdadera pega. De hecho, a principios del siglo XIX el astrónomo William Herschel concluyó que las manchas solares tenían que ser frías porque eran negras. Para explicar esto, la única manera era suponer que el Sol no era caliente en su totalidad. Según Herschel tenía una atmósfera incandescente, pero debajo había un cuerpo sólido frío, que es lo que nosotros veíamos a través de una serie de grietas de la atmósfera solar. Estas grietas eran las manchas solares y Herschel llegó incluso a pensar que el interior del Sol podía estar habitado por seres viventes.

Pero esto es falso. Hoy día estamos completamente seguros que el Sol es caliente en su totalidad. Aunque la superficie que vemos es la parte más fría del Sol, y aun así es demasiado caliente para que haya seres viventes.

La temperatura y la radiación están estrechamente relacionadas, y en 1894, el físico alemán Wilhelm Wien estudió los distintos tipos de luz radiada a diferentes temperaturas y concluyó que, en condiciones ideales cualquier objeto, independientemente de su composición química, radiaba una gama determinada de luz para cada temperatura.

A medida que aumenta la temperatura, la longitud de onda del máximo de radiación se hace cada vez más corta, del mismo modo para todos los cuerpos. A unos 600° C se desliza en la porción visible suficiente radiación para conferir al objeto un aspecto rojo mate.

A temperaturas mayores el objeto se hace rojo brillante, anaranjado, blanco y blanco azulado. A temperaturas suficientemente altas, la radiación se hallaría en su mayor parte en el ultravioleta, y más allá aún. Si medimos con cuidado la longitud de onda del máximo de radiación solar, sería posible calcular la temperatura de la superficie solar, que resulta ser de unos 6.000° C.

Pero las manchas solares no se hallan a esta temperatura. Son zonas más frías y su temperatura en el centro hay que situarla alrededor de los 4.000° C. Parece que las manchas solares son gigantescas expansiones de gases, y estas expansiones, ya sean en el Sol o en un frigorífico, dan lugar a una importante caída de temperatura.

Qué duda cabe que para mantener fría una gigantesca mancha solar durante días y semanas contra el calor de las zonas circundantes y más calientes, hace falta una enorme bomba térmica, y lo cierto es que los astrónomos no han dado aún con un mecanismo completamente satisfactorio para la formación de estas manchas.

Incluso a 4.000° C, las manchas solares deberían ser muy brillantes, mucho más que un arco voltaico y un arco voltaico es ya demasiado brillante para mirarlo directamente. Ya que las manchas solares son más brillantes que un arco voltaico, y de ello pueden dar fe los instrumentos de medición.

El quid está en que el ojo humano no ve la luz de un modo absoluto, sino que juzga el brillo por comparación con el entorno. Las zonas más calientes de la superficie solar, las que podríamos llamar normales, son de cuatro a cinco veces más brillantes que las regiones más frías en el centro de una mancha solar, y comparando éstas con aquéllas, nos parecen negras. Ese negro es una especie de ilusión óptica.

Que esto es así puede demonstrarse a veces durante los eclipses. La Luna eclipsante, con su cara oculta vuelta hacia la Tierra, es realmente negra contra el globo brillante del Sol. Cuando el borde de la Luna pasa por encima de una gran mancha solar, de modo que el “negro” de la mancha contrasta con la Luna, entonces se ve que la mancha, en realidad, no es negra.