El ciclo solar: máximos, mínimos, manchas, y tormentas

Tormentas y erupciones solares, potentes auroras boreales, la presencia de enormes manchas en el Sol, son fenómenos de los que ya estamos acostumbrados a escuchar. Sin embargo, todo parece indicar que el Sol se está aproximando a un punto mínimo en su actividad. Entre el 3 y el 7 de junio, el disco del Sol no presentó manchas solares. Desde el año 2010 que no ocurría un período de tantos días consecutivos sin manchas en el Sol. Estos cuatro días seguidos con un disco solar sin manchas parecen ser un indicador de que la actividad solar está disminuyendo.

Disco solar el 3 de junio: sin manchas. Imagen: Solarham.net
Disco solar el 3 de junio: sin manchas. Imagen: Solarham.net

Esto no es para alarmarse. Nuestro Sol tiene un ciclo periódico de actividad, el cual dura aproximadamente 11 años. En cada uno de estos ciclos, el Sol pasa por un mínimo y un máximo de actividad. El último mínimo fue en enero de 2008, el último máximo fue a principios de 2014, por lo que es esperable que ya comience a disminuir la actividad de nuestra estrella para acercarse a un nuevo punto de actividad mínima.

Un dínamo solar

El Sol es una estrella que se encuentra aproximadamente en la mitad de su vida. Se formó hace unos 4.000 millones de años y desde entonces se ha mantenido estable, y continuará así por unos 5.000 millones de años más. A gran escala el Sol es una estrella estable, pero su campo magnético posee mucha actividad. Toda la actividad solar que conocemos, como manchas, tormentas, y eyecciones de material, se deben a variaciones en el campo magnético del Sol.

Tanto los planetas como las estrellas poseen campos magnéticos. Si bien el proceso por el que estos campos se generan no está aún completamente definido, se sabe que tiene relación con corrientes eléctricas que surgen debido a movimientos de fluídos conductores en el núcleo.

Un sencillo electroimán hecho con un clavo, alambre de cobre, y una batería AA. Imagen: Stefan Klocek. Utilizada con permiso del autor.
Un sencillo electroimán hecho con un clavo, alambre de cobre, y una batería AA. Imagen: Stefan Klocek. Utilizada con permiso del autor.

Hay un sencillo experimento que, quizás, hayas realizado alguna vez: enrollar alambre alrededor de un clavo, unir cada punta del alambre a una pila o batería, y observar cómo el clavo se convierte en un imán. Esto se debe a un fenómeno llamado inducción electromagnética: la existencia de un flujo de electrones, o corriente eléctrica, genera campos magnéticos y viceversa. El material que se encuentra en el núcleo de los planetas es un muy buen conductor eléctrico. Esto, en conjunto con corrientes internas del núcleo y el movimiento dado por la rotación del planeta, generan un ambiente propicio para que surjan corrientes eléctricas, que generan campos magnéticos, que a su vez generan más corrientes eléctricas, y así sucesivamente logrando mantener magnetósferas estables. El mismo fenómeno físico que transforma en clavo en un imán es el que genera los campos magnéticos de los cuerpos celestes, claro que a una escala muchísimo mayor.

Los campos magnéticos de los planetas son mucho más estables y menos intensos que los de estrellas como el Sol. Esto se debe, simplemente, a su composición: mientras los campos magnéticos de los planetas surgen de sus núcleos líquidos, de volumen mucho menor que el total del planeta, el Sol y el resto de las estrellas como él está formado completamente de plasma, y su zona convectiva (es decir, la zona donde se generan corrientes eléctricas y campos magnéticos) abarca unos 200.000 km de profundidad por toda su superficie. Es decir, el volumen del Sol capaz de generar campos magnéticos es muchísimo mayor del que poseen los planetas.

La zona convectiva del Sol, donde se producen campos magnéticos, abarca unos 200.000 km desde la superficie hacia el interior de la estrella. Imagen: Kelvinsong - Own work, CC BY-SA 3.0, vía Wikimedia Commons
La zona convectiva del Sol, donde se producen campos magnéticos, abarca unos 200.000 km desde la superficie hacia el interior de la estrella. Imagen: Kelvinsong – Own work, CC BY-SA 3.0, vía Wikimedia Commons

Manchas y tormentas

Además de poseer una zona convectiva muchísimo mayor a la de los planetas, la composición plasmática del Sol hace que este tenga rotación diferencial: la zona ecuatorial del Sol rota más rápido que sus polos. Este fenómeno se observa en cualquier cuerpo en rotación que esté compuesto por fluidos y no por sólidos.

Esta rotación diferencial genera distintos “discos” que rotan a diferentes velocidades, dependiendo de su latitud. Esto a su vez genera perturbaciones entre los distintos campos magnéticos que se generan a distintas latitudes de rotación. Cuando se alcanzan ciertas configuraciones entre estos campos ocurre un fenómeno llamado reconexión magnética, en el cual el “choque” de dos campos magnéticos genera una interacción especial entre ellos: en lugar de unirse, se separan en dos nuevos campos magnéticos, distintos a los iniciales. Cuando se produce este fenómeno en la superficie del Sol, se generan las manchas solares y las eyecciones coronales, también conocidas como llamaradas o tormentas solares, en las cuales material plasmático y partículas energéticas son expulsadas en enormes explosiones.

RotacionSol

El siguiente video de la NASA muestra un ejemplo de reconexión magnética observada en el Sol por la sonda espacial SDO, Solar Dynamics Observatory:

Máximos y mínimos solares

Si bien las variaciones en el campo magnético del Sol suelen ser rápidas y violentas, existen ciertos ciclos dentro de ese caos. El más importante es el llamado ciclo solar, que dura 11 años aproximadamente y que es la variación de actividad solar más prominente que se puede detectar.

El ciclo solar a lo largo de los años, medido según el número de manchas solares. Imagen vía SolarCycles.net
El ciclo solar a lo largo de los años, medido según el número de manchas solares. Imagen vía SolarCycles.net

Aún se desconoce qué es lo que causa este ciclo de 11 años, pero se cree que su duración está relacionada con ciclos propios internos de los componentes magnéticos del Sol. Algunos modelos sugieren que este período también puede estar relacionado con ciertas configuraciones entre el Sol y los mayores planetas del sistema solar, Júpiter y Saturno. Las posiciones relativas entre estos tres cuerpos podrían generar ligeras fuerzas de marea que deforman la zona convectiva del Sol, afectando así sus ciclos. Sin embargo, todas estas son hipótesis, y aún no existe claridad sobre qué genera este ciclo temporal.

Por dicha razón, y además porque la actividad magnética del Sol suele ser impredecible, no es fácil determinar cuándo se alcanzará, exactamente, un mínimo o un máximo solar. Se pueden realizar estimaciones de fechas a futuro, pero la certeza sólo se obtiene a través del número de manchas solares. El número de manchas solares, tal como su nombre indica, no es una medida sino una estimación del número de manchas solares presentes en el Sol en un determinado momento. Dado que muchas veces estas manchas son difíciles de distinguir, a partir del número de manchas solares visibles se puede estimar el total de ellas que hay por toda la superficie de nuestra estrella.

Numero de manchas solares, desde 1750 hasta principios de los 2000. Imagen vía Wikimedia Commons.
Numero de manchas solares, desde 1750 hasta principios de los 2000. Imagen vía Wikimedia Commons.

El número de manchas solares se mide y monitorea día a día. Sólo cuando han pasado varios días consecutivos con muchas manchas solares se puede determinar que se está en un máximo solar, mientras que sólo cuando han habido muchos días consecutivos sin manchas se puede decir que estamos pasando por un mínimo solar. Las estimaciones de fechas no siempre coinciden correctamente, y por ahora el número de manchas es la única manera de saber, realmente, en qué etapa del ciclo solar estamos.

A principios de junio, cuatro días consecutivos sin manchas solares parecieran indicar que nuestro Sol se acerca a su mínimo de actividad en este ciclo. Además, los otros tipos de actividad solar como tormentas o viento solar también se encuentran actualmente a niveles bajos. Por supuesto, el cambio es gradual: las estimaciones proponen que el próximo mínimo solar debería ocurrir cerca de 2019, y todo parece sugerir que ya nos estamos acercando a ese punto.

Consecuencias para nosotros

La actividad solar tiene diversas consecuencias para la vida en la Tierra. Si bien la magnetósfera de nuestro planeta actúa como un escudo que nos protege de las partículas del viento solar, y además tenemos la capa de ozono que nos protege de gran parte de la radiación, la actividad del Sol no deja de afectarnos.

Los cambios en la actividad magnética del Sol también generan cambios en la longitud de onda de la luz que éste emite, y se ha observado que a medida que el ciclo solar varía, también lo hace la cantidad de radiación ultravioleta y de rayos X proveniente del Sol. Si bien estas variaciones no son lo suficientemente grandes como para afectar de manera importante a los seres humanos, si generan algunos cambios en la química de las capas superiores de la atmósfera de nuestro planeta. En algunos casos, incluso la cantidad de ozono en la atmósfera puede variar, haciendo que la superficie reciba más o menos radiación ultravioleta, dependiendo de la etapa del ciclo.

La presencia de manchas solares también genera un incremento en la emisión de onda a la longitud de las ondas de radio, lo que puede interferir con las comunicaciones en la Tierra. Cuando la actividad solar es alta, los efectos en las capas altas de la atmósfera pueden interferir con las transmisiones de onda corta. Además, el viento solar puede generar problemas en los satélites, y las tormentas solares pueden llegar a ser muy peligrosas para los astronautas en la Estación Espacial Internacional, debido a que reciben un nivel de radiación mayor al normal.

Algunos efectos de la actividad solar en la Tierra. Imagen: NASA.
Algunos efectos de la actividad solar en la Tierra. Imagen: NASA.

A pesar de todo esto, aún no se ha logrado establecer alguna relación entre el ciclo solar y los cambios climáticos en nuestro planeta. Si bien hay quienes piensan que puede haber efectos directos, ningún estudio ha sido capaz de determinar efectos importantes a largo plazo causados por el ciclo de 11 años por el que pasa nuestro Sol. Al parecer, nuestro planeta y sus habitantes hemos sabido adaptarnos bien a los cambios periódicos de esta estrella.

Lo que si se ha comprobado es que, a lo largo de la historia, han ocurrido mínimos solares donde la actividad es aún menor a la de un mínimo normal. El último de estos mínimos se conoce como el Mínimo de Dalton, y ocurrió entre los años 1796 y 1820. En ese período, el mínimo solar coincidió con un periodo de bajas temperaturas promedio en la Tierra. Otros casos similares ocurrieron entre 1645 y 1715, y entre 1450 y 1550. Sin embargo, en ninguno de estos casos se ha podido comprobar una relación directa entre actividad solar y cambios climáticos, ya que muchos otros fenómenos terrestres, como por ejemplo actividad volcánica, podrían también explicar el descenso en las temperaturas. Más que nada, estos períodos anómalos parecen mostrar que hay otros ciclos, de mayor extensión, que pueden estar ocurriendo en el Sol.

Una enorme llamarada solar. Imagen: NASA/SDO
Una enorme llamarada solar. Imagen: NASA/SDO

Por ahora, solo queda seguir observando las manchas solares antes de confirmar que nos aproximamos al mínimo. En 2009 hubo un total de 260 días sin manchas; ahora llevamos solo cuatro. Solo dentro de los próximos años podremos tener la certeza de en qué momento se alcanza el próximo mínimo solar. De todas formas, estar un mínimo solar no quiere decir que la actividad de nuestra estrella desaparezca por completo, por lo que es probable también que sigamos escuchando de tormentas, llamaradas solares, y otros fenómenos durante este período.

Fuentes y links de interés

 

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