En este texto se hará una breve descripción de las características principales del Sol. Además, se propone que el maestro de secundaria o preparatoria construya un horno solar para una mejor compresión de los alumnos acerca del uso de la energía solar.

 

Hace más de 4000 millones de años…

Sin duda, uno de los objetos del firmamento que nos es más familiar es el Sol. Probablemente es también el que tiene mayor influencia sobre nosotros: nos brinda luz y calor, nos regala el día y la noche. Gracias también al Sol, podemos ver la Luna y los planetas porque estos astros reflejan su luz.

El Sol es una estrella de las 100 mil millones que existen en la Vía Láctea y, por ser la más cercana a nosotros, constituye nuestra principal fuente de energía. Esta energía la percibimos principalmente como luz y calor. Aunque se encuentra a casi 150 millones de kilómetros de nosotros y su luz tarda en llegarnos 8 minutos, la Tierra recibe del Sol: 1400 watts por metro cuadrado cada segundo. Esta cantidad se denomina constante solar y es la adecuada para que en nuestro planeta se haya desarrollado y se mantenga la vida como la conocemos. El Sol proporciona la energía a los productores primarios de la superficie terrestre: las plantas. Gracias a la fotosíntesis, éstas atrapan la luz del Sol y la transforman en alimento para ellas y los animales.

La energía solar es también la fuente que da a origen a fenómenos meteorológicos como el viento y las precipitaciones. Cuando el agua se calienta y se evapora forma las nubes que después producen la lluvia. Toda nuestra comida y la renovación del oxígeno que respiramos dependen del Sol. Nuestros combustibles fósiles son principalmente energía solar almacenada y las especies vivas de hoy son el resultado de una evolución de miles de millones de años que ha sido mantenida por la constante energía solar. Hace más de 4000 millones de años que el Sol ha estado calentando e iluminando la Tierra y gracias a ese continuo calentamiento estamos ahora nosotros aquí.

Energía y fusión nuclear

Nuestra estrella es una enorme esfera de gas caliente. Su masa es de unas 333 000 veces la de nuestro planeta, en su diámetro podríamos colocar más de 109 Tierras y cabrían más de un millón dentro de ella. Está formada principalmente de hidrógeno (92.1%), helio (7.8%) y el resto, de otros elementos.

Durante la primera mitad del siglo XX, los científicos encontraron la razón por la que el Sol produce una enorme cantidad de energía: la temperatura y la presión en el núcleo de las estrellas son tan elevadas que propician el choque frecuente y fuerte de los átomos. En estos choques se fusionan cuatro átomos de hidrógeno para formar uno de helio. A este fenómeno se le conoce como fusión nuclear. Cada segundo, 700 millones de toneladas de hidrógeno del Sol se fusionan en 695 millones de toneladas de helio, los casi cinco millones de toneladas de diferencia se convierten en energía, parte de la cual eventualmente llega a la Tierra en forma de luz y calor. La diferencia principal entre un planeta y una estrella es que las segundas tienen un reactor que las hace brillar, mientras que los planetas no poseen suficiente materia para que en su interior se produzcan reacciones nucleares.

Representación del viento solar filtrándose y distorsionando el campo magnético de la Tierra.www.solarsystem.nasa.gov

No todas las estrellas son como el Sol, las hay más pequeñas, cuya masa es una décima parte de la del Sol, y las hay mucho más grandes, con una masa 60 veces la de nuestra estrella. Las de mayor masa tienen más temperatura y son de color azul. Las de masa intermedia, como el Sol, son de color amarillo, y las de menor masa, rojas. La temperatura en la superficie del Sol es de unos 6000º C. En las estrellas rojas es menor, y mayor en las azules.

Por ser el Sol la estrella más cercana a la Tierra, es la que mejor ha sido estudiada por los científicos. Próxima Centauri, la siguiente estrella más cercana, está a 40 billones de kilómetros, 15 millones de veces más lejos que el Sol; Sirio, la estrella más brillante de la noche, nos proporciona 10 mil millones de veces menos energía que el Sol.

Estructura y actividad

La distancia entre el Sol y nuestro planeta trae como consecuencia una temperatura adecuada para que en la Tierra exista agua en los tres estados: líquido, sólido y gaseoso; Venus está demasiado cerca del Sol por lo que su temperatura promedio es de 472º C, lo que hace imposible que exista agua líquida en él. Marte está muy lejos, su temperatura varía entre -87° C y -5° C, lo que impide que haya agua líquida en su superficie, aunque hace millones de años sí la hubo en ambos mundos.

Capas concéntricas del Sol.

El Sol contiene 99.99% de la materia del Sistema Solar, y es por esta razón que los planetas giran a su alrededor. La explicación a este fenómeno la encontró Newton en el siglo XVIII, cuando dedujo las leyes de la mecánica y la gravedad. De acuerdo con estas leyes, un objeto con menor materia (o masa) gira alrededor de otro más masivo: así la Luna gira alrededor de la Tierra y ésta, a su vez, alrededor del Sol.

La mezcla de gases acumulados en el interior del Sol recibe el nombre de plasma, el cuarto estado de la materia. Es un fluido caliente en el que la mayor parte de las cargas positivas y negativas de los átomos están separadas. Como el Sol gira alrededor de su eje de rotación, genera campos magnéticos.

El Sol tiene una estructura en forma de capas concéntricas con diferentes propiedades. La superficie visible del Sol es la fotósfera, “esfera de luz”, una capa muy delgada, de aproximadamente 500 kilómetros de espesor que tiene una temperatura promedio de 5530º C. Sin embargo, la capa más externa es la cromósfera, de unos 8000 kilómetros de espesor; esta capa se puede ver como una banda rojiza alrededor del Sol durante los eclipses totales. Por encima de la cromósfera se encuentra la corona, el halo que rodea al Sol y es visible durante los eclipses solares como un resplandor de luz blanca que rodea el disco solar oscurecido. Es la región más tenue y caliente de la atmósfera solar. Los científicos no han logrado explicar por qué la corona solar tiene una temperatura tan alta, del orden de millones de grados. Esta capa se extiende por el medio interplanetario formando el viento solar, el cual llega más allá de la órbita de Plutón hasta que se pierde con el gas de otras estrellas. Algunas naves espaciales se diseñaron específicamente para estudiar las propiedades del viento solar y se lanzaron al espacio interplanetario para que tomen mediciones que se envían a la Tierra para su análisis.

Desde la Tierra vemos el Sol como un cuerpo que no sufre ningún cambio. Sin embargo, con el desarrollo de la tecnología se han construido distintos instrumentos que permiten a los científicos estudiar la radiación solar en las diferentes regiones del espectro electromagnético.1 El Sol emite energía en casi todas las longitudes de onda: desde los rayos gamma hasta las ondas de radio, aunque no lo hace en las mismas proporciones. Investigaciones recientes han revelado que el Sol sí cambia y lo hace de forma importante. Por ejemplo, las tormentas solares son miles de veces mayores que las terrestres, y más poderosas que miles de millones de bombas atómicas.

Protuberancia solar que surgió en julio de 2002. Imagen tomada en luz ultravioleta.www.solarsystem.nasa.gov

Con la luz ultravioleta y rayos x se han podido estudiar los enormes chorros de gas caliente llamados prominencias o protuberancias, que se extienden a miles de kilómetros (mayores que el diámetro de la Tierra) y que ocurren en la cronósfera. Son espectaculares. Su duración varía entre unos cuantos días hasta varios meses.

Imágenes en rayos x de la corona muestran que está constituida por una infinidad de lazos de distintos tamaños. Además, se pueden observar regiones brillantes que varían constantemente y regiones oscuras, llamadas hoyos coronales. En la actualidad, la corona es la región del Sol que se estudia más, pues gracias a ella la actividad solar se transmite al medio interestelar.

A través de la luz blanca es posible estudiar la fotósfera, que está cubierta por una gran cantidad de pequeñas celdas brillantes separadas entre sí por delgadas líneas oscuras. Estas celdas, llamadas gránulos, miden unos 2000 km y tienen una duración de sólo 10 min., por lo que el aspecto granular de la superficie solar está cambiando constantemente.

Pero la característica más notable de la fotósfera son las manchas solares: enormes regiones oscuras, más frías que la fotósfera que las rodea, y que constituyen fuertes campos magnéticos. Los científicos no han logrado entender la razón por la cual las manchas solares son más frías, pero se cree que el campo magnético de las manchas no permite la convección debajo de ellas. Su duración varía desde algunos días hasta varios meses. El estudio de las manchas solares se remonta a épocas muy antiguas. Cuando Galileo las observó, dedujo que el Sol rota y no permanece inmóvil como se creía en esa época. Sus formas y tamaños varían notablemente, pero las más comunes miden dos o tres veces el diámetro de la Tierra. El número de manchas solares en el Sol aumenta y disminuye siguiendo un ciclo aproximado de 11 años.

En rayos x y gamma es posible observar las mayores explosiones del Sol, conocidas con el nombre de ráfagas. Estas violentas explosiones de energía llegan a tener 100 000 km de longitud y ocurren en la corona solar y en la cromósfera, alrededor de las manchas solares, y su energía equivale a decenas de bombas de hidrógeno. Duran sólo unas cuantas horas o minutos.

Las ráfagas emiten principalmente rayos x y gamma, pero no representan peligro para la vida en nuestro planeta, ya que la atmósfera terrestre nos protege de este tipo de radiaciones; aunque llegan a afectar los satélites, lo que puede dificultar la navegación aérea e interrumpir las comunicaciones de radio de alta frecuencia. En marzo de 1989, una ráfaga violenta dañó gran parte de la red eléctrica del norte de Canadá, además de producir intensas y hermosas auroras que alcanzaron a verse hasta Texas, en eua.

Aunque el Sol siempre está en actividad, esta actividad varía. Hay épocas en que las manchas, las ráfagas, las protuberancias y todas las manifestaciones de actividad solar son muy numerosas y otras en las que están casi ausentes. Cuando ocurre esto último se dice que el Sol está quieto, mientras que en el primer caso se habla de Sol activo. Nuestra estrella tiene ciclos bastante regulares, los ciclos solares.

La estrella más estudiada

Hay una flota de más de diez satélites observando constantemente nuestra estrella para detectar todo lo que ocurre en ella. Uno de los proyectos más importantes es el satélite solar soho. Este proyecto de la nasa y la Agencia Espacial Europea fue puesto en órbita a mediados de la década de 1990. Con él se ha entendido mejor la estructura interna del Sol y el origen del viento solar. También con este observatorio se han descubierto cometas y se han obtenido imágenes detalladas de la atmósfera solar y de eyecciones de masa coronal.

Gránulos. A través de los telescopios se ha observado en la superficie del Sol una estructura granulosa en constante cambio pero siempre presente.sohowww.nascom.nasa.gov

Al mismo tiempo que se trata de entender los increíbles resultados que proporcionan los satélites, los científicos han diseñado nuevos proyectos para el estudio del Sol. Son muchas las misiones previstas para continuar escudriñando los secretos de nuestra estrella; una de las más ambiciosas es la Solar Orbiter, de la Agencia Espacial Europea, cuyo lanzamiento se prevé para octubre de 2009 o 2010. Ésta será la primera sonda que nos ofrecerá imágenes cercanas y detalladas de las regiones polares del Sol, que son difíciles de observar desde la Tierra. La órbita de este satélite estará a tan sólo 30 millones de km de la superficie solar, la mitad de la distancia de la órbita de Mercurio. A esa distancia la nave recibirá 25 veces más radiación que en órbita terrestre, por lo que necesitará un escudo solar y radiadores especiales para disipar el calor al espacio.

Manchas solares. Las manchas son fenómenos habituales en el Sol. Constituyen una de las manifestaciones más claras de la actividad solar.www.windows.ucar.edu

Misiones como éstas han descubierto fenómenos solares que eran desconocidos y proporcionan a los científicos conocimientos nuevos sobre el Sol que sería imposible obtener desde la Tierra. Entender la actividad solar es primordial no sólo para saber más acerca de nuestra estrella, sino porque su comportamiento tiene importantes consecuencias sobre nuestro entorno, en los sistemas tecnológicos terrestres. Por ejemplo, en sistemas de comunicación por radio, en los satélites, naves espaciales y futuras misiones espaciales (en una tormenta solar, un astronauta necesita protegerse), y en los propios humanos y su salud. Entender la actividad solar nos permitirá desarrollar instrumentos para prevenir, prever y predecir el tiempo espacial igual que como se hace con el clima terrestre.

Ráfagas solares. Las fulguraciones o ráfagas solares son enormes e impredecibles explosiones que expulsan gran cantidad de materia del Sol hacia el espacio.

 

Actividad: construye tu horno solar

Para que los jóvenes vean de forma tangible la energía que recibimos del Sol, podemos construir con los alumnos un horno solar y cocinar en él algo sencillo, por ejemplo, una salchicha.

Materiales

• Dos cajas de cartón de distinto tamaño. Se sugiere que la caja más grande

sea por lo menos de 38 x 38 cm. La caja más pequeña debe poder

colocarse dentro de la mayor y deberá haber por lo menos 3 cm de

espacio entre ambas cajas.

• Un trozo de cartón que sirva de tapa de la caja más grande. (Esta pieza

deberá ser aproximadamente 8 cm más grande que la caja.)

• Rollo de papel aluminio.

• Pintura negra mate.

• Un frasco grande de pegamento blanco.

• Un trozo de cartón (2 cm más grande que el tamaño de un lado

de la caja grande).

• Bolitas de unicel como aislante (o cualquier otro material que

sea aislante térmico).

• Vidrio esmerilado del tamaño de un lado de la caja grande.

• Gancho de ropa de alambre.

• Marcador.

• Cúter.

• Cinta adhesiva.

Procedimiento