Magnetismo Solar

Esta entrada ha sido escrita por la nueva colaboradora @pee_maravilla que nos va a explicar cosas chulas de astrofísica. Esta entrada va sobre magnetismo solar y puedo adelantar que es una pasada.  Bienvenida y gracias.

Ya han pasado dos días desde el fallido  fin del mundo así que podríamos volver a preocuparnos de minucias como paro, crisis, pensiones, cómo repartir los eventos familiares navideños, y qué diablos regalarle a la parienta o pariente este año… ¡¡¡INSENSATOS!!!

Pero nosotros, que nos inspiramos con cualquier cosa, vamos a intentar contar por qué el mundo no ha acabado a causa de algún cataclismo causado por alguna explosión magneticosolar.

El campo magnético solar

El Sol, como bien sabéis es una esfera de plasma, es decir un fluido con iones y electrones libres circulando. Y si tenemos electrones libres circulando (y a estas temperaturas con una conductividad excelente), ya sabemos gracias al bueno de Maxwell que vamos a tener campos magnéticos.

En el interior del sol, por encima del núcleo radiativo, donde se producen las reacciones nucleares, tenemos la zona de convección en la que ya no se produce energía simplemente se transporta en forma de corrientes convectivas. Además de las grandes corrientes, que llevan plasma desde el fondo de la zona de convección hasta la fotosfera, tenemos corrientes convectivas mucho menores, incluso casi superficiales. Por otro lado el plasma rota en torno al eje solar de rotación y como no se trata de un sólido, no rota de manera uniforme sino diferencial. El movimiento será más lento en los polos (con un periodo de 32 días) y más rápido en el ecuador (con un periodo de 25 días). La combinación ambos procesos, la rotación diferencial y los movimientos convectivos, es la responsable de el magnetismo solar, y lo llamamos efecto dinamo.

Si vale, pero todo esto es teórico, nosotros sólo podemos observar la atmósfera solar, todo lo que suceda en el interior son conjeturas (aunque gracias a la heliosismología, bastante fundamentadas) entonces ¿ qué es lo que vemos de verdad en el Sol que nos indique que efectivamente hay actividad magnética? Las manchas solares.

Manchas solares

La existencia de manchas solares son conocidas por la humanidad desde mace miles de años, ya que en algunas ocasiones son tan grandes, han podido ser observadas a simple vista (pueden llegar a tener cincuenta mil kilómetros de diámetro) y ya desde hace unos 400 años se ha intentado llevar un registro de la actividad solar.

El primero que asoció las manchas al magnetismo solar fue George E. Hale en 1908, y desde entonces cientos de científicos se han aplicado a fondo para entender bien cuál es el mecanismo que hay detrás, y aunque todavía hay algunas lagunas, la cosa está bastante resuelta, y se han podido modelar manchas solares con una precisión asombrosa.

Cuando observamos una mancha solar, vemos una zona muy oscura en el centro, la umbra, rodeada de una zona menos oscura con aspecto filamentoso, la penumbra. Si utilizamos filtros polarizadores, vemos que en la zona de umbra, el campo magnético es radial, es decir, viene hacia nosotros, sin embargo en la penumbra el campo magnético se va inclinando hasta ser paralelo a la superficie. Además se observa que siempre cerca de una mancha con una polaridad concreta, hay otra de polaridad inversa. Las líneas de campo que salen de una mancha entran en la mancha cercana, de polaridad opuesta. Estos campos magnéticos que entran y salen son realmente intensos, (de 3000 gauss de media).

Estructura de tubos magnéticos en una mancha solar. (modelo espagueti (o spaghetti model)). Credit: Nic Brummel/Nature

Ciclo Solar

Como hemos visto, las actividad solar viene registrándose desde hace cientos años, lo cual nos ha permitido determinar que esta actividad es cíclica, con un periodo de unos 11 años.

Diagrama mariposa

Este es el típico diagrama mariposa, donde se representa la posición (latitud) de las manchas, frente al tiempo, en una serie de periodos (ley de Spörer). Vemos que al inicio de cada periodo las manchas aparecen sobre todo a latitudes altas, a unos 40º, y conforme la actividad va aumentando, se desplazan hacia el ecuador en el final del periodo de actividad. Curioso…. y esto, ¿por qué?

Hemos dicho que el sol rota de manera diferencial. Esto hace que las líneas de campo, desplazadas por el movimiento del plasma, se vayan curvando. En este proceso de curvatura en ocasiones pueden ‘enredarse’ y perder la conexión, y es cuando surgen las manchas solares. Estas líneas siguen desplazándose, hasta hacerse prácticamente horizontales, en una madeja insostenible (máximo de actividad, con manchas principalmente en el ecuador). Llegado este punto las líneas se rompen por completo, y se restablecen rectas y perfectas de polo a polo como dios manda (mínimo de actividad), y el ciclo vuelve a empezar.

Modelo Babcock que describe el ciclo magnético y la aparición de manchas solares. (1961)

¿Todos los ciclos son iguales? No, hay algunos de mayor intensidad y otros de menor. Nosotros no nos encontramos en un ciclo especialmente intenso, como vemos en la gráfica en los 50 fue mucho más intenso.

Cantidad de manchas solares registradas por año desde 1600.

Una curiosidad es que el último periodo de calma, hace tres o cuatro años, fue extraordinariamnete largo, creo que durante más de año no hubo ni una manchita solar a la que echarle el diente, para desespero de muchos físicos solares.

¿Pero esta actividad solar… nos afecta? No hay evidencias de que los periodos de mayor actividad estén relacionados con periodos especialmente cálidos en la tierra, aunque es cierto que se ha intentado relacionar la Pequeña Edad de Hielo entre 1550 y 1850 con un periodo de baja actividad entre 1645-1715 (Mínimo de Maunder). Sin embargo como veis dentro del intervalo de frío también hay periodos de alta actividad, así que sacar conclusiones de ahí es un poco arriesgado .El algún sitio tal vez leeréis que vamos a entrar en un periodo de baja actividad solar similar al Mínimo de Maunder, pero si miráis el gráfico, es difícil de ahí extraer ningún tipo de periodo largo que nos haga predecir semejante cosa.

Fulguraciones

Recordareis que hemos dicho hace un rato que las manchas solares se producían por la reconexión de lineas de campo que se retorcían, al moverse el plasma. Entre la fotosfera y la cromosfera sucede algo importante, y es que la densidad del plasma empieza a caer de manera brutal, un factor 10000 en 300km (otra cosa fascinante que sucede en la cromosfera es que se empieza a calentar… sin que tengamos claro el motivo… pero eso para otro día). En estas condiciones sucede que el plasma es tan tenue (unas 10^8 veces menos denso que la atmósfera terrestre), que las líneas de campo ya no se sienten confinadas en él, sino que dominan al plasma. Es decir, el plasma empieza a ir por donde las líneas de campo van, y no al revés. Esto hace que se formen esos enormes arcos entre las manchas. El material va por donde las líneas de campo le dicen que vaya.

Fulguración en rayos-X capturada en Septiembre de 2005 el satélite TRACE.

Sucede sin embargo que en la fotosfera, e incluso más abajo (en las bases de estos grandes arcos), el campo sigue estando dominado por el plasma, y se va moviendo, enredándose. Eventualmente y por estos movimientos, las líneas que forman el arco pueden retorcerse y cruzarse produciéndose una reconexión, y todo el material que quedaba por encima en el arco se libera al espacio de manera repentina. También puede pasar que sea solo una de las patas del arco la que pierda la conexión, con lo que se producirá esa típica fulguración parecida a un latigazo. Estas fulguraciones pueden llegar a liberar hasta erg en 100 seg. Abrumador…

Mecanismo de giros y reconexiones que causan la fulguración.

Estas eyecciones de masa pueden llegar hasta más allá del Sistema Solar, y evidentemente sobrepasan la Tierra muy a menudo. En periodos de actividad puede llegar una cada dos días. Si no tuviéramos la magnetosfera para protegernos, la vida no hubiera tenido lugar en la Tierra. Parte de este plasma tenue, pero altamente ionizado puede entrar por los polos, produciendo las auroras boreales (o australes), y ocasionalmente ha interferido en el correcto funcionamiento de satélites de comunicación, e incluso provocado algún apagón como en Quebeq en 1989.

Pero, entonces, si este ciclo no es más intenso que otros, ni hay más fulguraciones, ni pasa nada raro ¿por qué estaban las explosiones solares, todo el día en los informativos? Pues porque nunca ha habido tantos instrumentos y tan buenos mirando al Sol como ahora. ¡¡ Disfrutemos del espectáculo!!

Bien… ¿más relajados? No, no es muy probable que vayamos a morir por una explosión solar, esta queda descartada, pero hacedme el favor para el próximo fin del mundo de poneros muda limpia, y por lo que más queráis, haced caso a Siniestro Total: procurad extinguios con clase y dignidad.