SECRETOS DEL SOL: Explorando nuestra estrella más cercana

Durante miles de años, los humanos han rendido culto al Sol. Nuestros antepasados le construyeron monumentos y templos y lo utilizaban para marcar el ciclo anual de las estaciones. Para los antiguos egipcios, su dios más importante, Re, era la personificación del propio Sol. Hoy en día, no estamos menos fascinados por las maravillas y los misterios de nuestra estrella más cercana. Hemos avanzado en la comprensión de sus principales sistemas y hemos respondido a muchas preguntas sobre cómo produce energía. Pero el Sol está lejos de ser un libro abierto, ya que esconde innumerables enigmas: su núcleo profundo oculto, sus capas de gas turbulentas, su atmósfera exterior etérea, su campo magnético sinuoso, según da cuenta Astronomy, en su edición de este mes. Los físicos solares aún no pueden explicar por completo fenómenos como la erupción de tormentas solares o cómo la corona alcanza temperaturas de millones de grados. Comprender estos misterios no es sólo una cuestión académica. En realidad, dependemos del Sol tanto como los antiguos y, en cierto modo, nuestra civilización moderna es aún más vulnerable a su ira. Durante milenios, nuestros estudios sobre el Sol se limitaron a lo que se podía obtener de las observaciones de su exterior. Los primeros registros de manchas solares se encontraron en China alrededor del año 700 a. C. En el siglo XVII, las observaciones telescópicas de las manchas solares revelaron que los polos del Sol giran más lentamente que su ecuador, un fenómeno llamado rotación diferencial. En el siglo XIX, los observadores también habían deducido un ciclo en la aparición de las manchas solares y notaron que su aparición estaba correlacionada con las tormentas geomagnéticas en la Tierra y las auroras. A principios del siglo XX, los investigadores comprendieron que la fuente de energía del Sol tenía que ser algo verdaderamente extraordinario. Los avances en geología les indicaron que la vida útil de la Tierra (y, por lo tanto, del Sol) se medía en miles de millones de años. Pero todas las fuentes de energía químicas y gravitacionales conocidas tenían una vida demasiado corta. En la década de 1930 se produjo una revolución cuando se descubrió la fisión y la fusión nucleares con la ayuda de la emblemática ecuación E = mc2. Combinando los principios de la física nuclear con la abundancia de hidrógeno observada en el Sol, los físicos Hans Bethe y Charles Critchfield propusieron en 1938 que la energía del Sol era el resultado de la fusión, predominantemente una reacción en cadena protón-protón. Según la teoría nuclear, estos procesos producen neutrinos, partículas fantasmales que pueden atravesar años luz de materia sin ser absorbidas. Los neutrinos solares vuelan a través de la Tierra a casi la velocidad de la luz unos 8,5 minutos luego de ser creados en el núcleo del Sol. Y, de hecho, la única prueba directa de que estos ciclos de fusión estaban ocurriendo se basaba en la detección de estos neutrinos. Recientemente han salido a la luz otros descubrimientos sobre el núcleo del Sol. En el 2017, un equipo dirigido por Eric Fossat en el Observatorio de la Costa Azul (Francia) utilizó 16 años de datos del Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO) para detectar ondas que viajan a través del interior del Sol. El equipo de Fossat dedujo que su núcleo gira más rápido que la superficie, y que tarda una semana en completar una rotación, en comparación con los 30 días que tarda la superficie. Probablemente se trate de un vestigio de la formación del propio Sol, que fue acumulando gas de sus alrededores y absorbiendo su momento angular. En el 2020, investigadores que utilizaron el detector de neutrinos Borexino en Italia detectaron neutrinos del ciclo CNO dentro del Sol. Esta fue la primera confirmación de que esta fuente de energía realmente está activa en los núcleos de las estrellas y también se encuentra en estrellas de menor masa como nuestro Sol. De otro lado, la fotosfera, o superficie visible del Sol, es increíblemente compleja y dinámica, una superficie en ebullición de células de convección, campos magnéticos enredados y erupciones y prominencias explosivas. En prácticamente todas las escalas, desde metros hasta miles de kilómetros y desde segundos hasta años, hay fenómenos que exigen una explicación. Entre ellas se encuentran las manchas solares, observadas desde el primer milenio a.C. y que en el siglo XX se identificaron como lugares donde el campo magnético interno del Sol atraviesa la superficie, lo que hace que el plasma local brille a una temperatura más baja y aparezca oscuro contra el entorno brillante. Su número aumenta y disminuye en un ciclo de aproximadamente 11 años descubierto por primera vez en 1843 por el astrónomo aficionado Heinrich Schwabe. A pesar de su apariencia superficial, las manchas solares se originan en el interior del Sol. Justo debajo de la fotosfera hay una zona de convección, que se extiende aproximadamente hasta un tercio del centro del Sol. Dentro de esta región, el plasma fluye como un fluido, transportando calor y energía hacia arriba y hundiéndose nuevamente una vez que se ha enfriado. El 1 de septiembre de 1859, el astrónomo inglés Richard Carrington observaba un grupo de manchas solares cuando, según escribió más tarde, “dos manchas de luz intensamente brillante estallaron en ellas”. Se había convertido en el primer observador en ver una llamarada solar en tiempo real. La Tierra había sido envuelta por la tormenta geomagnética más fuerte jamás registrada, una que, si ocurriera hoy, podría tener impactos catastróficos en las redes eléctricas y la infraestructura de comunicaciones. La observación fortuita de Carrington demostró que el Sol es capaz de liberar enormes cantidades de energía magnética a partir de las manchas solares, y que esa energía también puede tener enormes impactos en la Tierra. Pero comprender la física de cómo sucede eso en realidad sigue siendo uno de los misterios más esquivos del Sol. En tanto, la corona puede ser la capa más externa visible del Sol, pero la presencia física de nuestra estrella llega mucho más allá. En 1951, el astrónomo alemán Ludwig Biermann propuso que las formas de las colas de los cometas se veían afectadas por una corriente global de lo que él llamó “radiación corpuscular” procedente del Sol, y que las colas de los cometas actuaban como mangas de viento. En 1958, Parker publicó el artículo que definió lo que hoy se denomina viento solar. Las partículas del viento solar fueron detectadas posteriormente por el Mariner 2, lanzado en 1962. Pero ¿de dónde se origina el viento solar? Durante décadas, los investigadores no habían podido observar directamente ningún mecanismo propuesto, incluida la reconexión magnética. Pero en los últimos años, esto ha cambiado drásticamente. Desde el 2018, la sonda solar Parker de la NASA ha detectado “retornos” magnéticos en las regiones externas de la corona, en las que el campo magnético local cambia rápidamente de dirección. Los científicos creen que esto es una señal de que se está produciendo una reconexión magnética más cerca del Sol, a medida que las líneas de campo magnético abiertas y cerradas interactúan y se reconfiguran. Estas perturbaciones arrojan globos de plasma al espacio interplanetario, aunque no está claro si este material puede explicar el viento solar. Pero al igual que en el caso de la Tierra, la terra incognita de nuestra estrella sigue siendo su interior, y solo creemos saber lo que ocurre en general en el interior del Sol. ¿Qué sucede exactamente en la vasta zona radiactiva? La teoría sugiere que allí hay un campo magnético masivo y primordial que data de la formación del Sol. ¿Cómo aparecen y desaparecen los ciclos de manchas solares y qué determina su nivel de actividad? ¿Se trata simplemente de un caos impredecible? ¿Con qué frecuencia nuestro Sol libera supertormentas masivas como el Evento Carrington de 1859 y qué las provoca? Hay muchas más preguntas que hacer, y futuras misiones espaciales de última generación estarán descubriendo nuevos detalles en cada órbita.