Proxectados polo magnetismo

Roa Zubia, Guillermo

Elhuyar Zientzia

magnetismoak-jaurtiak
Iñigo Arregi é físico do Instituto IAC de Canarias. Traballa co satélite Hinode da axencia espacial xaponesa JAXA, investigando a superficie do Sol. Ed. Joten Okamoto ©

"Desde o punto de vista astrofísico, o Sol é una estrela normal, pero ao ser a máis próxima a nós interésanos moito", afirma o astrónomo Iñigo Arregi, desde Tokio. De feito, Arregi é un físico teórico do Instituto IAC das Illas Canarias e tamén estuda ao Sol coa sonda Hinode da Axencia Espacial Xaponesa JAXA. "Colaboro na planificación e seguimento das observacións diarias de Hinode. Todos os días revísanse os datos recolleitos en horas anteriores en busca de algo que poida ser interesante".

A especialidade de Hinode é mirar de cerca a superficie do Sol, e Arregi coñece perfectamente o seu aspecto. Con todo, non é máis que una aparencia. Obsérvase a superficie, pero realmente non existe. "O sol é una bóla de gas polo que non ten superficie definida. A superficie visible a vista ou mediante telescopios ópticos está definida pola última capa que emite luz branca. Por iso chamámoslle fotosfera".

A cor da suposta superficie é importante, xa que a cor das estrelas depende da temperatura, como o dos anacos de ferro quentados ao lume. A partir de una temperatura colócanse en vermello, e a partir de aí quéntanse paira coller cor laranxa, amarelo e outras cores. As máis quentes son as estrelas azuis. O Sol é amarelo-branco por estar a superficie a 6.000 ºC. Nunha escala que clasifica as estrelas en función da temperatura, o Sol é una estrela tipo G2: una estrela moi común, aínda que non son deste tipo as galaxias máis abundantes.

Ademais da cor, hai algo que ver nesa suposta superficie. Grazas á sonda Hinode, Arregi é testemuña diaria. "En todo momento está cheo de millóns de gránulos celulares, duns 1.000 quilómetros de lonxitude e apenas duran uns minutos. Tamén hai estruturas máis grandes, supergranulares, duns 30.000 km de lonxitude e varias horas de duración". Todo iso é unha paisaxe tallada polo campo magnético do Sol.

Os gránulos da superficie do Sol mostran a influencia do magnetismo da estrela. Ed. Euskal Henriques/Real Academia Sueca da Ciencia ©

"O magnetismo é a característica que outorga ao Sol una personalidade especial", afirma Arregi. O Sol, en definitiva, é una gran dinamo que crea un enorme campo magnético. "A zona atravesa toda a estrela e a súa contorna. Na superficie, o magnetismo explícase polas manchas que aparecen aquí e alá". E estas manchas son como portas paira o campo magnético.

Nunha viaxe desde o interior do sol cara a fóra, a pesar de deixar atrás esta imaxe, os caprichos do magnetismo non desaparecen. Ao revés. A zona manda en todo o que ocorre fóra, que é o maior misterio do Sol paira os científicos actuais.

O gran misterio do Sol

Aínda que a superficie do Sol atópase a 6.000 ºC, a temperatura da coroa é moito maior. Millóns de graos. E, ademais, algo ocorre na coroa, que propulsa as partículas cargadas cara ao espazo. Todo o que se escapa do sol quéntase e acelérase. Pero como? Esta é una das grandes preguntas sobre o Sol.

A viaxe das partículas cargadas comeza na fotosfera visible a primeira ollada. Algunhas delas, moi poucas, chegan á Terra, pero esta pequena cantidade ten una gran influencia. Interacciona violentamente coa magnetosfera terrestre; as partículas de gran enerxía cambian de forma a magnetosfera. Pero onde e como obtiveron enerxía estas partículas?

Ed. Guillermo Roia/Fundación Elhuyar

A resposta á pregunta Non é coñecida. Está ao principio da viaxe. A medida que se ascende por encima da superficie do Sol, a densidade de gas diminúe rapidamente. "O magnetismo domina a física que sucede alí. Esta zona da baixa atmosfera denomínase cromosfera. Esta rexión ten una anchura vertical de 2.000 km, polo que é una zona moi delgada que separa a superficie da coroa superior", explica Arregi. Na cromosfera as partículas quéntanse até unha temperatura de 10.000 ºC, pero só é o comezo do efecto.

A partir de aí comeza a coroa do Sol, parte visible das eclipses totais de Sol. "As estruturas da coroa están relacionadas dalgunha maneira co campo magnético que salgue das manchas da superficie, pero a conexión entre a superficie inferior e a coroa superior aínda non a entendemos coa precisión suficiente", explica Arregi.

Debido a que as partículas se quentan e aceleran principalmente na coroa, é evidente que as partículas absorben enerxía dalgún lugar. E aí está o misterio, como pasa iso.

Tornados no Sol

Vista próxima dunha mancha solar o 22 de agosto de 2003. Ed. Luc Rouppe Van der Voort/Real Academia da Ciencia de Suecia ©

En xullo publicaron una posible explicación na revista Nature. Os astrónomos da Universidade de Oslo descubriron que a resposta podería estar en correntes magnéticas en forma de tornados. "Leste mesmo ano descubrimos que hai tornados no Sol", di Arregi. "Estes tornados son remolinos das liñas do campo magnético". Estes remolinos, xunto coas partículas, transportan enerxía cara ao espazo. O grupo de Oslo, a través do observatorio SDO, estudou estratigráficamente a traxectoria ascendente das partículas.

Os astrónomos detectaron tornados magnéticos, o que non significa que se produza este único proceso en toda a coroa. Porque una soa explicación non é suficiente. "Se consideramos cada proceso por separado, entendémolo bastante ben. A nivel cualitativo, polo menos, dan resposta a moitas preguntas. A nivel cuantitativo, con todo, está por determinar se a enerxía que poden achegar ao quecemento e á aceleración de partículas é suficiente".

Hai un gran esforzo por recoller máis datos da coroa do Sol e por fornecer datos a investigadores. Son moitas misións. "É difícil dar un número concreto", di Arregi. "Paira dar una idea, neste momento temos aproximadamente dez misións estudando o Sol desde o espazo. Aínda que algúns son vellos, mesmo despois de superar ben a súa vida inicial, aínda son útiles e os seus datos son importantes, como a misión SOHO. Outros máis recentes, como o satélite Hinode da axencia JAXA, os dous satélites STEREO da NASA, que permiten visualizar a atmosfera do Sol de forma estereoscópica, ou a misión SDO enviada hai dous anos pola NASA paira medir a coroa solar e as súas diferentes temperaturas. Na última década tamén se deseñaron varias misións paira estudar o vento solar in situ: WIND e ACE, por exemplo".

De face ao futuro, os esforzos céntranse en dous aspectos xerais. Por unha banda, observar e comprender con máis detalle a dinámica cromosfera-coroa a través das misións IRIS e SOLAR-C da NASA. Doutra banda, lanzaranse misións que tratarán de coñecer mellor a xénese e natureza do vento solar. "Dentro de cinco anos a Axencia Europea porá en marcha Solar Orbiter paira estudar o vento solar e os seus puntos de xeración nos polos do Sol. Paira iso achegarase a unha distancia de 60 radios solares desde o Sol. Coa misión Solar Probe Plus da NASA teñen previsto ir máis cerca do Sol. Neste caso, o observatorio alcanzará 8 radios solares (uns 6 millóns de km) sobre a superficie do Sol, co fin de medir directamente as súas condicións físicas".

Un xigante
O sol é xigante. O Sol ten un diámetro de 1.400.000 quilómetros, 3,6 veces a distancia entre a Terra e a Lúa. Alí entrarían 109 Terras, una xunto a outra. Este diámetro non é exclusivo do ecuador. A esfera é case perfecta. A rotación fai que os polos sexan 10 quilómetros máis planos, é una deformación moi pequena, coma se una laranxa tivese una deformación magra.
E en masa tamén é xigante. Case o 99% da masa do Sistema Solar é solar. Todos os planetas, asteroides, cometas e astros que lles rodean, unidos por todas as partículas dispoñibles, representan só o 1% do sistema. O Sol ten una masa 1.047 veces maior que Júpiter. Precisamente por iso emite luz; para que a fusión sexa o suficiente paira emitir luz, debe ser polo menos 80 máis grande que Júpiter. En comparación con outros planetas, a diferenza é aínda maior. Por exemplo, a súa masa é 333.000 veces maior que a Terra.
Ed. Guillermo Roia/Fundación Elhuyar
É moi grande e, con todo, está a perder masa continuamente, aínda que inxere cometas, asteroides e outros astros. O Sol expulsa millóns de toneladas de material por segundo, xunto coa luz e a radiación --a orixe da luz e a radiación é tamén a desintegración da masa-.
De feito, todo o que perde permite á vida existir na Terra e ameaza á vez. É un equilibrio astronómico; sen Sol non habería vida, nin sequera sen a protección da Terra.
Este equilibrio non será paira sempre, pero durará moito. A fusión do Sol necesita hidróxeno e aínda ten moito, aproximadamente o 75%. Case todo o demais é helio, produto de fusión. O hidróxeno non se esgota en miles de millóns de anos, pero a medida que se consome, o Sol está a cambiar. O helio é máis denso que o hidróxeno, polo que se está comprimindo co tempo. E por compresión quéntase. Por tanto, o Sol é cada vez máis lixeiro, máis baixo e máis quente, pero o cambio está a producirse moi lentamente e necesítanse millóns de anos para que sexa evidente.
Desde o sol aos ollos do home
O interior do Sol é luminoso. Alí prodúcense fortes reaccións nucleares. A nivel dos átomos fusiónanse seis protones, catro dos cales forman un átomo de helio e os outros dous sóltanse, xunto con neutrinos, luz e calor. A nivel da estrela, o corazón do Sol é una explosión continua. Por iso, o núcleo atópase a 13,6 millóns de graos. Pero a luz producida na fusión non adianta máis dun centímetro, xa que é absorbida polos átomos veciños. Estes átomos, ao fusionarse, emiten máis luz en calquera outra dirección, o que ocorre unha e outra vez mentres a luz está no núcleo do Sol. Á súa saída, a luz debe atravesar dúas zonas interiores ao Sol paira chegar até a superficie: a capa de radiación e a capa de convección. Finalmente chega á superficie fría do Sol, a uns -6.000 ºC.
É un camiño longo, por unha banda, medindo a distancia: A cortiza atópase a 695.000 quilómetros do centro solar. Doutra banda, é moi longo no tempo: desde que se fusionan os protones ata que o ser humano ve esa luz pasan polo menos 17.000 anos, pero algúns expertos creen que poden ser millóns de anos. Os últimos 8 minutos deste longo tempo son a viaxe desde a superficie do Sol até a Terra.
Vida do Sol
0.
Nunha nube grande e estable de átomos de hidróxeno produciuse un suceso, como a onda expansiva dunha supernova, que provocou a acumulación de hidróxeno. A gravidade comprimiu e quentou o hidróxeno até os 3 millóns de graos. Iniciouse a fusión de hidróxeno e o Sol acendíase. Naceu una estrela.
1-7 mil anos
O hidróxeno está a fusionarse no núcleo do Sol e fórmase o helio. A medida que se forma o helio, a estrela comprímese porque é máis densa que o hidróxeno. Ademais, a propia fusión provoca a propagación da estrela, pero a gravidade exerce una forza contraria. O tamaño non diminúe moito, xa que a radiación da fusión equilibra a maior parte da forza de gravidade, pero o Sol está a quentarse.
8-9 mil anos
O hidróxeno do núcleo empezarase a esgotar, pero a compresión quentará as capas adxacentes ao núcleo, onde seguirá predominando o hidróxeno. Por tanto, iniciarase a fusión extracentro e o Sol expandirase moi rapidamente, xa que nas capas exteriores a gravidade non compensa a forza expansiva da fusión.
Ed. Guillermo Roia/Fundación Elhuyar
10 mil millóns de anos
O Sol convértese nun xigante vermello. O xigante porque vai máis aló da órbita de Marte. Vermello, porque a apertura arrefriou moito a estrela.
11 mil millóns de anos
O Sol perderá gran cantidade de materia até converterse nun anano branco. A materia perdida estará en forma de nebulosa ao redor do Sol.
12-14 mil anos
Anano branco. A última pegada que deixou a morte do Sol. A nebula resultante estenderase progresivamente até a súa desaparición.
Case até tocar o Sol
A sonda Solar Probe Plus achegarase moito ao Sol. Recollerá de primeira man os datos da coroa solar paira poder investigar o que alí sucede: quecemento e aceleración do vento solar. Paira iso achegarase moito ao Sol, até 6 millóns de quilómetros da súa superficie. Atópase no interior da coroa, que alcanza os 15 millóns de quilómetros. A sonda estará cerca do contacto co sol.
O tema foi tratado pola ciencia ficción. No conto Ring Around the Sun, do escritor Isaac Asimov, dous pilotos viaxan desde Venus á Terra achegándose moito ao Sol. É una forma de facer a viaxe máis curto. Paira pasar cerca do Sol, a nave espacial dispón dun potente sistema de refrixeración que se deteriora durante a viaxe. Non se pode apagar. Os personaxes pasan xunto ao Sol a piques de conxelarse.
Este relato humorístico, con todo, analiza só uno dos dous problemas de aproximación ao Sol: a temperatura. O outro problema é a radiación. O sol non paira de expulsar a materia e a radiación. E Solar Probe Plus estará incluído na zona de captación de enerxía.
Por iso, o reto tecnolóxico consiste en protexer o envase. Por unha banda, é o reto dos materiais, cun escudo discoidal de 3 metros de diámetro, realizado con espuma de carbono. Doutra banda, teñen o reto da navegación; en todo momento, o escudo deberá estar orientado cara ao Sol. Un erro de orientación provocará que Solar Probe Plus quéimese.
Babesleak
Eusko Jaurlaritzako Industria, Merkataritza eta Turismo Saila