En el Interior del Sol

esquema de una estrella tipo Sol

Hoy en día, disponemos de dos herramientas muy potentes para el estudio del interior solar: Los neutrinos solares y la heliosismología. Bethe y Chitchfield (1938) propusieron un ciclo de reacciones de fusión nuclear para explicar la generación de energía en el caso de estrellas de masa pequeña como el Sol. El balance final de dicho ciclo de reacciones, Ciclo p-p, es:

4p → He4 + 2e⁺ +2ѵ_e +energía.

¿Cómo podemos estar seguros de que este es, efectivamente, el mecanismo dominante de generación de energía que utilizan algunas estrellas y, en particular el Sol? Sorprendentemente, la respuesta es que podemos “observar” el interior del Sol mediante detectores situados en el interior de la Tierra.

Reacciones de la cadena protón-protón

Pero existe otra alternativa para conseguir helio y energía a partir de cuatro protones. Es el ciclo CNO, y es el principal mecanismo de fusión de hidrógeno para las estrellas más masivas cuyo núcleo está a una temperatura mayor que 15 millones de grados. En nuestro sol también se da el ciclo CNO aunque en una proporción muy baja. Para que este proceso aparezca es indispensable la existencia previa de núcleos de carbono-12, que actúan como catalizadores del proceso, y que tras la síntesis del helio vuelven a quedar como al principio.

Reacciones del ciclo CNO

Reacciones de la cadena triple alfa

La heliosismología permite el estudio del interior solar a partir de las observaciones de ondas acústicas y de gravedad. Leighton (1962) descubrieron que el Sol tiene oscilaciones globales con un período de 5 minutos. Ulrich (1970) y Leibacher (1971) propusieron explicar las oscilaciones en términos de ondas sonaras atrapadas en cavidades resonantes debajo de la superficie solar. Esta teoría fue comprobada observacionalmente por Deubner (1975), y de dichas oscilaciones acústicas (modos p) pueden detectarse numerosos armónicos. Los diferentes armónicos a menor o mayor profundidad en el Sol y permiten realizar un sondeo sísmico del interior solar.

El satélite SOHO

Experimentos como GOLF y VIRGO, a bordo del satélite SOHO, permiten observar modos de oscilación que penetran hasta el núcleo y allí podemos comprobar muchas cosas como temperatura, composición química, y, parámetros desconocidos hasta ahora como la abundancia de Helio, se puede constatar que la rotación solar produce una separación de frecuencias y, si se determina observacionalmente esta separación, se puede obtener el perfil de rotación del interior solar dependiente de la profundidad y de la latitud. Los resultados sugieren que el núcleo solar, a partir de 0,3 radios solares, rota rígidamente con la zona radiativa con un período de 26,6 días, y que en la base de la zona de convección, situada a 0,693 radios solares, existe una fuerte transición de rotación rígida a rotación diferencial. A esta capa de transición de rotación se la denomina la tococlina y su espesor es aproximadamente 0,04 radios solares.

Las enormes energías desencadenadas en el Sol, aunque no pocas veces pueden suponer un serio y cierto peligro para nuestros ingenios tecnológicos, lo cierto es que, es también la responsable de la vida en nuestro planeta y posibilita la fotosíntesis de las plantas.

La estructura física de la tococlina parece ser clave para entender la dinamo solar y la generación de los campos magnéticos responsables de la actividad solar. Además de los modos p, se sospecha que en el núcleo solar existen también ondas de gravedad (modos g) cuyo interés radica en que, si son detectadas, pueden utilizarse para sondear el núcleo del Sol por debajo de o,2 radios solares.

Recientemente han sido analizados 10 años de observaciones de GOLF y sugieren que sus resultados son compatibles con la presencia de modos gravitatorios y de un núcleo que por debajo de 0,15 radios solares posee una velocidad de rotación cinco veces mayor que la de la zona radiativa.

Por otra parte, la heliosismología local permite detectar, debajo de las manchas solares y de las regiones activas, desviaciones de velocidad del sonido. Ello nos permite obtener información sobre la magnetoconvección y la existencia de flujos a gran escala asociados, en general, a la dinamo solar. Las perturbaciones de la velocidad del sonido pueden ser usadas incluso para sondear la cara opuesta del Sol y obtener información acerca de regiones activas no observables directamente.

No hace mucho que se abrió el plazo de propuestas para el que será el mayor telescopio solar del mundo, el ATST (Advanced Technology Solar Telescope). La National Science Foundation otorgó 298 millones de dólares para construir este monstruo, con un espejo primario de cuatro metros, todo un récord para un telescopio solar. La “bestia” operará desde el Observatorio de Haleakalā, en la isla de Maui (Hawai) y estudiará el Sol con una resolución sin precedentes en el rango 0,3-35 micras. Tendrá un campo de visión de 5 minutos de arco y una resolución de 0,1 segundos de arco gracias al empleo de óptica adaptativa. Si todo va bien, la construcción del ATST finalizará en 2013 y entrará en servicio en 2016.

El ATST (ATST).

Óptica del monstruo (ATST).

Esta claro que poco a poco, los misterios del Sol nos están siendo desvelados por los ingenios que a tal efecto se están diseñando y, a partir de ahora, la información observacional proporcionada por nuevos instrumentos como el que hoy protagoniza el artículo serán asombrosos. (Telescopios ATST, y EST) y en el espacio (hinode, STEREO, Solar Dinamic Observatory, Solar Orbiter), combinada con nuevos desarrollos teóricos y mejores herramientas computacionales que analicen los datos de nuevas sondas, nos permitirán avanzar en la resolución de algunos de los problemas pendientes, tales como el funcionamiento de la dinamo solar, el calentamiento coronal, la formación, evolución y desaparición de las protuberancias solares, y obtener un conocimiento más profundo de nuestro Sol que, al fin y al cabo, es el que hace posible la vida aquí en este planeta que llamamos Tierra.

En la imagen se indican las regiones donde tuvieron lugar sucesos de gran importancia y que fueron capturadas en el ultravioleta extremo. Las lineas blancas trazan el campo magnético solar (Crédito: K. Schrijver & A. Title)

Ni los 150 millones de kilómetros que nos separan de la estrella más importante para nosotros, nos impiden urgar y desvelar sus secretos, y, desde luego, hacemos muy bien, es mucho lo que nos va en ello. Saber y conocer lo que allí ocurra es, nuestra garantía de vida. Bueno, si no tanto como eso sí al menos tener la posibilidad de información por si, llegado el caso, podemos prevenir algún desastre.

Las naves espaciales gemelas STEREO, de la NASA, alrededor del Sol

Lo cierto amigos míos, es que nos empeñamos en saber el por qué de las cosas y, siendo nuestro Sol tan importante para nuestras vidas y la de todos los seres que habitan en nuestro planeta, está más que justificado que queramos saber todo aquello con él relacionado. Pero, ¿hasta dónde podemos llegar? Bueno, la respuesta es evidente: Con tiempo por delante…, bastante lejos.

emilio silvera

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