La actividad solar sigue un ciclo de 11 años: así controla las erupciones y las llamaradas solares

Cuando miras al cielo en un día soleado, el Sol puede aparecer como un punto brillante que no cambia en el cielo. Pero el Sol es un cuerpo celeste complejo y dinámico, envuelto en corrientes eléctricas y campos magnéticos que se mueven y entrelazan constantemente a medida que gira. A veces la superficie del Sol está muy activa, arrojando poderosas explosiones de plasma llamadas eyecciones de masa coronal, mientras que otras veces está más tranquila.

Soy un físico solar que ha pasado más de una década estudiando el Sol. Su movimiento y actividad están directamente relacionados con las condiciones de la Tierra: las erupciones y eyecciones solares pueden provocar un clima espacial que produce hermosas auroras boreales pero amenaza a los satélites. Esta actividad sigue un ciclo de aproximadamente 11 años, y aprender sobre este ciclo ayuda a los investigadores a predecir el clima espacial futuro.

Dentro del sol

El Sol es una estrella compuesta de plasma: gas ionizado caliente. El plasma actúa como un fluido conductor de electricidad y genera los grandes campos magnéticos que rodean al Sol.

El Sol consta de varias capas, todas ellas compuestas de plasma, que tiene aproximadamente un 70% de hidrógeno y un 28% de helio en masa.

El sol tiene un núcleo sólido en su centro y una capa densa fuera del núcleo, donde las partículas de luz rebotan, transfiriendo energía hacia el exterior. Detrás de esa capa hay una delgada línea llamada tacoclina que separa las capas internas de la capa externa. Esta zona exterior es más fría y menos densa, lo que permite que el plasma se mueva.

El interior del Sol está formado por varias capas. Kelvinsong/Wikimedia Commons, CC BI-SA

Dentro del núcleo, las partículas chocan y liberan cantidades increíbles de energía, que irradia desde el Sol en forma de luz, un proceso llamado fusión nuclear. La luz viaja hacia la zona de radiación fuera del núcleo, antes de alcanzar la tacoclina.

En la capa exterior del Sol sobre la tacoclina, llamada zona convectiva, el plasma caliente viaja desde las profundidades del Sol hasta su superficie. A medida que se mueve, el plasma se enfría y se contrae, lo que hace que vuelva a hundirse. Este proceso cíclico se llama convección.

Explicando las manchas solares, el ciclo solar y la dinamo solar.

El Sol crea constantemente campos magnéticos que crecen y giran debajo de su superficie. Dos procesos controlan estos campos magnéticos moviendo cargas eléctricas en el plasma. Uno es la convección y el otro es la rotación del Sol.

Los científicos creen que juntos estos dos procesos son en última instancia responsables del ciclo de actividad magnética del Sol, durante el cual el Sol cambia de una disposición de campo magnético organizada a una menos organizada. El ciclo completo, llamado ciclo de Schwabe, dura aproximadamente 11 años. Durante dos ciclos de Schwabe, los polos magnéticos del Sol giran y luego regresan a su orientación original.

ciclo de schwabe

Cuando el Sol está en un estado organizado, el centro del Sol se asemeja a una barra magnética vertical gigante con extremos positivos y negativos en la parte superior e inferior, o viceversa, llamado dipolo magnético. En el ciclo solar de 11 años, esta fase se conoce como mínimo solar.

Durante el mínimo solar, el campo magnético del Sol es un dipolo simple, con un polo positivo y uno negativo en cada extremo. Durante el ciclo solar, los campos magnéticos pasan de simples líneas a un caos enredado. NSF/AURA/NSO

Aunque no se puede ver el campo magnético invisible directamente, el plasma brillante se adhiere a estas líneas de campo. La forma del campo magnético durante el mínimo solar es similar al campo magnético de la Tierra, con líneas de campo magnético abiertas en los polos norte y sur y campos cerrados en bucle cerca del ecuador. Después del mínimo solar, el campo magnético del Sol se enreda con el tiempo. Finalmente, alcanza su estado máximo solar, donde la atmósfera solar se asemeja a espaguetis enredados.

Dos fuerzas principales interfieren con el campo magnético a medida que el Sol gira y el plasma se arroja a la zona de convección: los efectos Omega y Alfa.

Efectos alfa y omega

El sol no gira en todas partes como un cuerpo sólido. El interior del Sol (el núcleo y las capas de radiación) gira como una esfera sólida, como una pelota de baloncesto. Fuera de estas capas, la zona de convección y la superficie del Sol no giran juntas.

Al observar la superficie visible del Sol, los científicos descubrieron que el ecuador solar en el centro gira más rápido que los polos, cerca de la parte superior e inferior del Sol. El ecuador del Sol tarda unos 25 días en realizar una rotación completa, mientras que los polos tardan más, unos 35 días. A medida que el ecuador se mueve más rápido, supera a los polos en un fenómeno llamado rotación diferencial.

La rotación diferencial estira las líneas verticales del campo magnético alrededor del Sol, haciendo que se enrollen alrededor del Sol horizontalmente como un cinturón. Las líneas de campo atraen al Sol con más fuerza a medida que la rotación diferencial continúa a lo largo del ciclo solar, en un proceso conocido como efecto Omega.

La rotación diferencial, donde los polos del Sol giran más lentamente que el centro, hace que las líneas del campo magnético solar se estiren a medida que envuelven al Sol. CoronalMassAffection/Wikimedia Commons, CC BI

Se cree que el segundo efecto, llamado efecto Alfa, se debe a la convección que tiene lugar debajo de la superficie del Sol en combinación con su rotación. Como burbujas que suben a la superficie en agua hirviendo, el campo magnético enredado se vuelve flotante y se dobla, saltando a través de la superficie y creando manchas solares.

Las manchas solares parecen grupos de puntos oscuros en la superficie del Sol. Los científicos también pueden identificar regiones activas de haces de campos magnéticos intensamente fuertes y complejos al obtener imágenes del Sol en luz ultravioleta, donde los haces aparecen como estructuras brillantes.

En estas regiones activas, las erupciones solares llamadas llamaradas solares y eyecciones de masa coronal ocurren con mayor frecuencia. La aparición de más manchas solares, regiones activas y erupciones solares indican a los científicos que el Sol está entrando en la fase de máximo solar.

Polos magnéticos móviles

Durante el ciclo solar, los polos magnéticos del Sol se desplazan. En el mínimo solar, los polos magnéticos están orientados verticalmente a través del centro del Sol. Pero durante el ciclo solar, los polos comienzan a inclinarse, hasta que el polo que anteriormente estaba en la parte superior del Sol apunta aproximadamente a su ecuador.

El sol hace girar su campo magnético.

Pero al mismo tiempo, todos los campos magnéticos entrelazados hacen que los polos estén menos definidos. Este caótico estado magnético conduce en parte a manchas solares y erupciones solares. Después del máximo solar, a medida que el estado magnético del Sol vuelve a organizarse más, los polos reaparecen y continúan migrando hacia la parte superior e inferior del Sol.

Sin embargo, el polo magnético que antes apuntaba hacia arriba ahora apunta hacia abajo, y viceversa. La configuración parece al revés de lo que era hace 11 años. Un ciclo magnético completo requiere dos ciclos de Schwabe; durante este tiempo, los polos del Sol se invierten dos veces y vuelven a su orientación original.

Los científicos han observado que varias otras estrellas, no sólo nuestro Sol, tienen ciclos de actividad magnética, aunque su duración puede variar. Y, al igual que nuestro Sol, otras estrellas también producen erupciones como llamaradas estelares y eyecciones de masa coronal, posiblemente debido a sus ciclos de actividad.

El estudio de los ciclos magnéticos de otras estrellas puede ayudar a los astrónomos a determinar si los planetas distantes pueden albergar vida. La actividad magnética de una estrella dicta directamente la cantidad de clima que experimentan los planetas alrededor de esa estrella. Estos efectos pueden eliminar la atmósfera protectora que rodea a los planetas, impidiéndoles albergar vida.