El Sol Por Victor LapazIlustraciones: Anto La estrella más cercana a nuestro planeta y a la vez fuente inagotable de energía para la humanidad es el Sol.Hoy queremos brindar algunos datos interesantes de qué es el Sol, cómo está constituido y cuál es la fuente de esa energía tan importante para la vida sobre la Tierra. La radiación que llega a la Tierra es capaz de brindar 1 500 W/m², pero esta se ve disminuida por la presencia de la atmósfera y la inclinación de los rayos del Sol debida a la curvatura de la Tierra y la posición del punto de observación sobre ella. |
¿Qué es el Sol?
El Sol es una estrella del tipo enana amarilla de clase espectral G-2 se formó hace aproximadamente cinco mil millones de años. Está constituido en su mayor parte por hidrógeno.
Se puede decir por su tamaño que el Sol es una estrella pequeña en comparación con otras aunque las hay mucho más pequeñas que él.
Respecto a su brillo tampoco es de las más brillantes. Pero para nosotros reviste una especial importancia tanto por sus dimensiones y su brillo como por su cercanía.
En la evolución estelar el Sol se transformará en una gigante roja cuando se acabe el combustible (hidrógeno) y más tarde en una enana blanca hasta acabar sus días como una enana marrón.
La energía radiada por el Sol recibe el nombre de energía solar.
Está constituida por ondas de radio, microondas, radiación infrarroja, espectro visible de la luz, radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
En la antigüedad se suponía que el Sol alumbraba por diferentes causas que fueron evolucionando con el tiempo según el hombre aprendía más de la naturaleza.
Los astros eran dioses y gracias a ellos era posible la vida en la Tierra y ellos también determinaban el destino de los hombres: El Sol era fuego, luz, calor y la fuente de toda energía o fuerza vital.
El Sol era una gran bola de candela
Según señala el astrónomo argentino Tignanelli, el hecho de que los hombres en la antigüedad consideraran que el Sol era de fuego fue un gran avance para tratar de explicar la esencia de los objetos del cielo.
Al hacer esto dejaban de suponer que los misterios de la naturaleza eran inexplicables y alejados de la razón. Hoy sabemos que su explicación no era la correcta, pero el camino emprendido sí lo era.
Al suponer que el Sol era de fuego algo debía alimentar ese fuego, así se supuso que era leña, carbón, gas, petróleo en fin lo que se viera en una época determinada que rodujera fuego con más luz y calor.
El Sol de carbón
Robert Mayer impulsor de la idea de la conservación de la energía, la utilizó para estudiar cual sería la fuente que le proporcionaría energía al Sol para que ésta se transformara en luz y calor y por lo que no tuvo que utilizar la hipótesis del fuego.
Se supuso entonces en esa época que la fuente principal de donde el Sol extraía su energía eran los impactos de los meteoritos y cometas al caer en el Sol.
Según los cálculos de la época, la energía que produciría la caída de un cuerpo como la Luna en el Sol le proporcionaría energía para estar brillando durante todo un año.
Al analizarse los datos de cuántos meteoritos deberían estar cayendo en el Sol se llegó a la conclusión de que el cielo de la Tierra se vería constantemente surcado también por meteoritos y cometas para poder mantener el brillo que se observa en el Sol.
Además el incremento gravitacional debido al crecimiento de la masa del Sol debería notarse con el paso del tiempo y sin embargo no se observaba.
Para que el Sol ardiera los químicos dedujeron que debían existir grandes cantidades de carbón y oxígeno en él, y esto generaría energía y anhídrido carbónico.
Por la cantidad de energía que llegaba a la Tierra se estimó cuánta debía producir el Sol y se encontró que si éste fuera de carbón sólo nos habría alumbrado durante 1 500 años y eso no estaba de acuerdo con otros conocimientos de la historia de la Tierra
La contracción gravitacional
Por medio de la conservación de la energía, que había demostrado ser una herramienta útil, se analizaron otras causas posibles del origen de la luz y el calor del Sol.
Se supuso entonces que la fuente de energía del Sol estaba en sí misma en la contracción gravitacional que sufría por el peso de sus componentes y como residuo de su origen a partir de una gran nube de gases que flotaba en el espacio.
Con la teoría de la contracción el Sol debía haber sido del tamaño de la órbita de la Tierra hace unos dieciocho millones de años y, por tanto, la Tierra debería ser más joven que esa edad, pero los geólogos y biólogos habían encontrado que la edad de la Tierra y por los procesos ocurridos en ella, era mucho mayor.
La radiactividad
Después que la Física y la Química habían logrado conocer de qué estaban compuesto el Sol y las estrellas por el estudio de su espectro luminoso, se determinó que en el Sol había muchos elementos químicos, el principal era el hidrógeno seguido por el helio.
Con el descubrimiento de la radiactividad se encontró que en el Sol podía haber otra explicación para la misteriosa fuente de esa energía al parecer inagotable.
Pero al tratar de buscar los elementos radiactivos en el Sol como el uranio y el plutonio, no se encontraron, sino hidrógeno y helio que no eran materiales radiactivos.
Sin embargo, la explicación más acertada parecía ser la relacionada con algún tipo de reacción nuclear en la que la masa se transformara en energía, pero no en la desintegración radiactiva de núcleos pesados.
Por otra parte la radiactividad sirvió para determinar cuál debería ser la edad de la Tierra, y que resultó ser de más de 4 500 000 000 de años. Por lo que el Sol debía ser mayor o aproximadamente igual.
El ciclo del hidrógeno solar
La producción de energía resultó estar conformada por el llamado ciclo protón-protón en el cual se producen tres colisiones seguidas, en este proceso cuatro núcleos de hidrógeno quedan fundidos en un núcleo de helio y desprenden una cantidad de energía.
A este tipo de reacción nuclear en el que los núcleos se unen y desprenden energía se le llamó fusión, pero la temperatura necesaria para producir la fusión en el Sol no se alcanza en la superficie, que sólo llega a 6 000°C, sino en su interior donde tienen lugar las reacciones en combinación con la fuerza gravitacional que comprime los gases hacia el núcleo del Sol. Así, la expansión que debía ocurrir por la gran temperatura era compensada por la atracción gravitacional.
De qué está hecho el Sol. Su estructura
El Núcleo. En el núcleo del Sol tienen lugar las reacciones nucleares que producen toda la energía del astro, en ella se alcanza una temperatura de 14 000 000°C, todo está sometido a una gran presión y en él se transforma la materia en energía a un ritmo de 14 500 000 toneladas cada segundo y es emitida en forma de radiación gamma.
Zona radiativa. Es una zona donde los gases altamente comprimidos reciben la energía de la radiación gamma que se produce en el núcleo del Sol.
Esta radiación no es absorbida completamente por los átomos que forman los gases sino que rebota en ellos, se absorbe parcialmente y se dispersa con lo que se produce una disminución de su longitud de onda y se transforman en radiación X y ultravioleta
Zona convectiva. En esta zona los gases del Sol poseen un gradiente térmico suficiente para que se produzca el movimiento convectivo.
Al estar los gases más fríos, son capaces de absorber los fotones provenientes de la zona radiativa y por medio de la convección transmiten la energía a la fotosfera desde donde es emitida al exterior, con esto se produce un enfriamiento de los gases que vuelven a descender hasta volver a absorber la energía de la zona radiativa.
La fotosfera. Se supone que tiene un espesor aproximado de 160 km, su temperatura es de 6 000 °C y de ella sale la radiación que baña los planetas del sistema solar. En ella se encuentran los gránulos que reciben la energía de la zona convectiva y la transforman en forma de luz y calor.
La cromosfera. Es donde tienen lugar las prominencias y los solar flanes. Es relativamente delgada con un espesor entre 9 000 y 16 000 km. A pesar de ser muy tenue y considerarse que es casi el vacío, exhibe una estructura muy bien definida y de ella se desprenden las espículas como hilos que forman patrones complejos.
La corona. Es la parte exterior del Sol. Es cien mil veces más opaca que la fotosfera. No es en realidad esférica, pues oscila, ondula y tiene cambios en su forma debido a la interacción del plasma que la forma con el campo magnético del Sol.
La corona es sólo visible con el uso del coronógrafo o durante los eclipses. Los gases que escapan de la corona dan lugar al Viento Solar.
Al observar el Sol se ven diferentes fenómenos: gránulos, espículas, manchas solares, prominencias, estallidos, destellos y el viento solar.
Los gránulos son estructuras que permiten ver la actividad convectiva en la superficie del Sol, forman una red de celdas que van produciendo movimientos verticales de la materia solar debido a la alta temperatura.
Las espículas son filamentos que lanzan materia solar al espacio para volver a caer sobre el Sol y aparecen ligadas a la misma estructura de movimiento de la sustancia de los gránulos.
A pesar de ser fenómenos de gran tamaño parecen muy pequeños en comparación con las prominencias.
Las manchas solares fueron el primer signo de que el Sol rotaba, también por la cantidad de manchas que aparecen en la superficie solar y su desplazamiento en el tiempo se observaron en el Sol ciclos de actividad con un período o tiempo característico de 11 años.
Las manchas solares aparecen en parejas o en grupos y son grandes agujeros formados por intensos campos magnéticos que permiten ver las capas inferiores del Sol.
Asociadas también a los intensos campos magnéticos de las manchas solares aparecen las prominencias, son grandes explosiones que lanzan material solar al espacio y vuelven a caer sobre la superficie del Sol.
Debido a la interacción del campo magnético con el material de la prominencia estas toman formas de columnas, arcos y hasta de lazos, siendo uno de los fenómenos más impresionantes de la superficie solar. Estas y la corona se observan mejor durante los eclipses.
El viento solar es la prolongación de la corona solar, es el plasma que escapa del sol debido a su alta temperatura, con su movimiento el viento solar arrastra el campo magnético del Sol y da lugar al patrón del campo magnético interplanetario.
El viento solar llena todo el sistema solar y existe hasta donde lo han podido detectar las naves espaciales que han llegado más lejos en la exploración de nuestro sistema.
Los efectos del Sol sobre la Tierra van desde los térmicos y luminosos que dan lugar a la aparición de los días y las noches, los efectos térmicos de calentamiento de la superficie de la Tierra, el mar y la atmósfera hasta las interferencias en las ondas radiales y los efectos causados por las tormentas magnéticas sobre la biosfera, así como la formación de una estructura alrededor de la Tierra llamada magnetosfera que es producida por la presión que el viento solar ejerce sobre el campo magnético terrestre.
Referencias:
Atlas of the Solar System, Bill Yenne, Bison Books, USA 1988
Así funcionaba el Sol, Horacio Tignanelli,
Colihue, Argentina, 1994
DATOS DEL SOL
Diámetro: 1 392 530 km.
masa 1,989 1x1030 kg.
Período de rotación en días terrestres:
26,8 días en el ecuador.
28,2 días a 30° de latitud.
30,8 días a 60° de latitud.
31,8 días a 75° de latitud.
34 días en los polos.
Temperatura superficial: 5 800°C
Temperatura interior: 15x106 °C
Componentes principales de la fotosfera
Elemento % Elemento %
Hidrógeno (H) 73,46% Neón (Ne) 0,12%
Helio (He) 24,85% Nitrógeno (N) 0,09%
Oxígeno(O) 0,77% Silicio(Si) 0,07%
Carbón (C) 0,29% Manganeso (Mg) 0,05%
Hierro (Fe) 0,16% Azufre (S) 0,09%
Tabla comparativa entre el Sol y la Tierra:
Radio | Zona o región | Radio % | Composición | |
Sol | 696000km | Corona
Cromosfera Fotosfera Convectiva Radiativa Núcleo |
500%
2% 0,2% 18,8% 58% 23% |
H(73,46%),He(24,85%),otros1,7% (altamente ionizados) idem. menos ionizados idem. menos ionizados idem. menos ionizados idem. altamente ionizados H (35%), He (64%) otros 1% (totalmente ionizados) |
Tierra | 6 378km | Atmósfera Corteza Manto Núcleo externo
|
2,5% 0,5% 44,5%
35% 20% |
N, O, Ar, CO2, H2O (vapor) Silicatos rocosos, metales Silicatos en su mayor parte, algunos óxidos metálicos Ferroníquel líquido Ferroníquel sólido |