Sistema Solar Avanzado

El Sol es la fuente de energía de todo el Sistema Solar. Cada segundo, nuestra estrella libera millones de toneladas de partículas de energía, en forma de luz, calor, viento solar o potente radiación. Así se mantiene un Sistema Solar compuesto por los más variados paisajes: los infernales Mercurio y Venus, los tormentosos gigantes gaseosos, los helados anillos de Saturno, los lejanos cometas, hasta nuestro colorido y lleno de vida planeta azul.

Toda la energía que sostiene la vida y nos mueve en cada una de nuestras actividades cotidianas procede del Sol. En estas páginas veremos cómo funciona el Sol, cómo sostiene todo el Sistema Solar y, en definitiva, cómo nos afecta.

¿Por qué brilla el Sol?

En 1.920, el astrofísico británico Arthur Eddington fue el primero en descubrir por qué brillan las estrellas. La luz del Sol se debe a las fusiones nucleares que se producen en su interior.

El Sol se compone de gases, principalmente de hidrógeno, que es el átomo más simple. Un átomo de hidrógeno contiene un protón y un electrón. Conforme la gravedad agrupa los átomos de hidrógeno en el núcleo del Sol, están cada vez más aprisionados entre sí. La presión y temperatura aumentan, hasta que los átomos comienzan a fusionarse. Hasta cuatro átomos de hidrógeno se fusionan en uno solo, con dos protones y dos electrones. Este nuevo átomo es helio.

En el proceso de fusión, parte de la masa del átomo se pierde. Es decir, la masa del átomo de helio no es la suma de la masa de los átomos de hidrógeno, sino que es menor. Esta diferencia de masa es lo que se transforma en energía, que sale despedida en forma de luz.

Cada segundo, el Sol transforma millones de toneladas de átomos de hidrógeno en átomos de helio. En esto consisten las reacciones nucleares del interior de una estrella. Se producen tantas fusiones, que la cantidad de energía es inmensa. La energía que genera el Sol en un segundo bastaría para abastecer a la Tierra durante un millón de años. Pero a la Tierra llega sólo una pequeña parte de esa energía. La mayoría se expande por el resto del Sistema Solar.

La energía se libera al espacio en forma de radiación, en todas sus variables: ondas de radio, microondas, radiación infrarroja (calor), luz visible, radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Las ondas de radio y microondas son la radiación más débil, mientras que la radiación gamma es la más potente que existe.

Desde que se produce la energía en el núcleo del Sol hasta que llega a la superficie y se libera al espacio pasan cientos de miles de años. En el trayecto, parte de esa energía pierde potencia y por eso se emite en las distintas formas de radiación. Aún así, gran parte de la energía que desprende el Sol sigue siendo rayos gamma. La luz visible es energía solar que ha perdido parte de su potencia. Desde que deja el Sol, tarda 8 minutos en llegar a la Tierra.

El Sol no brilla siempre con la misma intensidad. Varía en función de los ciclos solares. El Sol brilla más cuando aumenta el número de manchas solares, que es cuando el Sol está más activo.

Los ciclos solares

Los ciclos solares regulan toda la actividad solar y la meteorología espacial. Aunque se han estudiado mucho en las últimas décadas, aún no se conocen del todo. Es muy importante comprender cómo funcionan los ciclos solares, ya que afectan a gran parte de nuestra tecnología actual y sobre todo, a las comunicaciones y la navegación aérea. También es necesario para planificar futuras misiones a Marte.

El Sol funciona a un ritmo constante y ordenado. El ciclo solar está relacionado con la aparición de manchas solares. En el siglo XIX se descubrió que cada 11 años aparecían unas misteriosas manchas en la superficie del Sol. Hoy sabemos que las manchas solares indican el máximo solar, es decir, el momento en que el Sol tiene más actividad.

Cada ciclo solar dura 11 años. El responsable es el campo magnético del Sol, y éste se produce por el movimiento del plasma en su interior.

El plasma se mueve a distinta velocidad en las distintas zonas del Sol, así:

• En las capas externas del Sol (zonas convectiva y fotosfera): en la zona del ecuador el plasma tarda 26 días en dar una vuelta completa. Mientras que el plasma cercano a los polos se mueve más despacio y tarda 36 días.

• En las capas internas del Sol (núcleo y zona radiactiva): el plasma tarda 27 días en dar una vuelta completa.

Por tanto, el plasma de las capas internas se mueve más despacio que el de las capas externas del ecuador, pero bastante más rápido que el de los polos. Esta diferencia de velocidad hace que unas capas se deslicen sobre otras y se cree un campo magnético. Las manchas solares son las zonas donde el campo magnético es más fuerte.

El campo magnético está formado por líneas de partículas cargadas eléctricamente. Al comienzo del ciclo, estas líneas están ordenadas de polo a polo. El plasma, al moverse, las empuja y las dobla. Como el plasma se mueve a distintas velocidades, las líneas del campo magnético se retuercen, se doblan y se elevan hasta salir a la superficie. Salen al exterior en forma de bucles coronales, que pueden alcanzar la altura de varios planetas Tierra.

Cuando la actividad solar es máxima, los bucles son muy numerosos e intensos. Chocan entre sí y expulsan enormes chorros de plasma y rayos X, llamadosfulguraciones. El plasma se expande por todo el Sistema Solar y forma el viento solar.

A veces se producen eyeccciones de masa coronal, violentas explosiones de plasma que son las que originan las tormentas solares.

Las tormentas solares

Las tormentas solares se producen cuando el ciclo solar alcanza su máxima actividad y justo después. Es decir, cuando la actividad magnética del Sol es más fuerte y comienza a descender. Hay un máximo solar cada 11 años. El último comenzó a finales del año 2.012 y se prolongó durante el 2.013.

Las tormentas solares consisten en violentas explosiones de plasma y de partículas cargadas, llamadas fulguraciones y, sobre todo, eyecciones de masa coronal. Normalmente, las eyecciones de masa coronal se producen tras una fulguración, pero no siempre es así.

La actividad magnética del Sol hace que se formen bucles de plasma en su superficie. Cuando la actividad magnética es más fuerte, hay tantos bucles que chocan entre sí y provocan enormes explosiones de plasma. Alcanzan una temperatura de decenas de millones de grados.

Durante una tormenta solar, se expulsan y se expanden por todo el Sistema Solar millones de toneladas de plasma y partículas cargadas, junto con gran cantidad de rayos X y gamma, la radiación más potente que existe. La radiación alcanza la Tierra en 8 minutos, ya que viaja a la velocidad de la luz. Afortunadamente, nuestra atmósfera nos protege.

Las partículas cargadas tardan en alcanzarnos de uno a tres días, aunque a veces llegan en sólo unas horas. Chocan contra el campo magnético de la Tierra, lo comprimen y pasan a las capas altas de la atmósfera. Cargan la atmósfera con la potencia de billones de vatios. Provocan sobrecarga en las redes eléctricas, apagones, averías en satélites y telecomunicaciones, perturbaciones en el tráfico aéreo, etc. Nuestra tecnología nos hace cada vez más vulnerables a las tormentas solares.

Aún no es posible predecir cuándo se producirá una tormenta solar. Además, cuando se produce, se dispone de pocas horas para reaccionar.

La tormenta solar más fuerte registrada hasta el momento fue en 1.859, y se conoce como el evento Carrington. Destrozó la red de telégrafos y produjo auroras boreales tan espectaculares que se vieron incluso en España. Hoy, aunque no sean tan fuertes, producen más daños, ya que casi toda nuestra tecnología depende de las ondas electromagnéticas. La tormenta solar con mayores pérdidas económicas fue la de 1.989, que dejó sin electricidad a más de 7 millones de personas en Quebec.

¿Cómo afecta el Sol al clima?

El Sol es la fuente de energía de toda la vida en la Tierra. La mayor parte de la energía solar llega a la Tierra en forma de luz y calor. El clima depende del modo en que esta energía se reparte entre la atmósfera y la superficie terrestre. El clima es más cálido donde llega más energía a la superficie, y más frío donde menos.

La atmósfera de la Tierra es densa, y una buena parte de la energía solar se pierde al atravesarla. La atmósfera impide que los rayos más dañinos lleguen a la superficie (rayos X, gamma y buena parte de los rayos ultravioleta).

Los gases y las partículas de polvo de la atmósfera hacen que una pequeña parte de la energía se disperse antes de llegar al suelo. Esta dispersión de la luz es la que produce el color azul del cielo. Otra parte es absorbida por el vapor de agua o reflejada por nubes y océanos. La cantidad de energía solar que alcanza la superficie puede ser 4 veces mayor en un día despejado que en un día muy nublado.

La cantidad de energía que absorbe la superficie depende de la latitud, ya que el ángulo en que llega la luz varía. Sobre el ecuador la luz entra en línea recta, por lo que absorbe más calor y el clima es cálido. Cuanto más nos alejamos del ecuador, la luz llega en un ángulo más cerrado, atraviesa más atmósfera, se pierde más energía y el clima es más frío. En las zonas cercanas a los polos, sólo el 5% del calor llega a la superficie.

Estas variaciones provocan cambios de presión en la atmósfera y forman las corrientes de viento. Las corrientes de viento se unen a las oceánicas y producen fenómenos como El Niño, los monzones, huracanes, etc.

El ángulo en que llega la luz varía en cada época del año. Se debe a que la Tierra gira sobre un eje inclinado a la vez que orbita alrededor del Sol. Por tanto, la cantidad de energía solar que se recibe en cada época del año es distinta y se crean las estaciones.

Los ciclos solares también afectan al clima de la Tierra. Hay relación entre la cantidad de manchas solares y períodos de largas sequías o inundaciones. También varía la cantidad de radiación que llega a la superficie. Entre los siglos XVI y XVIII hubo un enfriamiento conocido como la Pequeña Edad de Hielo, coincidiendo con un período en el que apenas hubo manchas solares. Actualmente la actividad solar es muy alta, y se estudia si podría tener relación con el cambio climático.

Estructura del sistema Solar

El Sistema Solar es la región del espacio sobre la que el Sol tiene atracción de gravedad. Podemos imaginarlo como una inmensa burbuja flotando en el espacio. Existe una frontera invisible, que es el lugar donde el viento solar y las partículas cargadas dan la vuelta. Todo lo que queda dentro de ese espacio forma parte del Sistema Solar: el Sol, los planetas, los cuerpos celestes menores, las partículas de polvo estelar, los rayos cósmicos, y todo el espacio interplanetario.

Al formarse el Sol, los fragmentos de material estelar sobrante quedaron orbitando alrededor de él. El material se agrupó hasta formar el resto de cuerpos celestes. Son muy numerosos, pero casi todos se concentran en unas zonas determinadas. El Sistema Solar se ordenó y se estructuró de la siguiente manera:

El Sol: ocupa el centro y todo orbita a su alrededor. Es más del 99% de la masa de todo el Sistema Solar. Emite la gravedad que mantiene unido el Sistema. De él parten el viento solar y millones de toneladas de plasma y partículas cargadas, responsables de la meteorología espacial.

Sistema Solar interior: es la región más cercana al Sol, la más caliente y densa del Sistema. A él pertenecen los 4 planetas rocosos: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. También la Luna y los dos satélites naturales de Marte. La Tierra ocupa laecosfera del Sistema Solar, esto es, está a la distancia adecuada de su estrella para poder albergar vida. Más allá de Marte, un cinturón de asteroides marca la frontera del Sistema Solar interior. Probablemente, la gravedad de Júpiter impidió que formaran un planeta. En él, el planeta enano de Ceres.

Sistema Solar exterior: las zonas más lejanas y frías. En él se sitúan los gigantes gaseosos: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Suman el 90% de la masa restante. Se formaron de roca y hielo y, al ser mucho más grandes que los planetas rocosos, atrajeron una gran cantidad de gases. La masa de Júpiter es más de 2'5 veces la del resto de planetas juntos. Hay gran cantidad de satélites naturales. Entre los gigantes gasesosos suman más de un centenar. Más allá de los planetas, el cinturón de Kuiper, un cinturón de cuerpos helados y planetas enanos como Plutón, Eris, Makemake y Haumea. En la zona más alejada, la Nube de Oort, de donde proceden los cometas.

El Sistema Solar exterior es muchísimo más grande que el interior. La distancia entre Marte y Júpiter, y entre cualquiera de los planetas exteriores es mucho mayor que la distancia entre Marte y el Sol. La Nube de Oort está a 1,6 años luz.

¿Por qué orbitan los planetas?

Todos los objetos del Universo que tienen masa emiten gravedad. La gravedad hace que los cuerpos celestes se atraigan. Cuanto más masa tienen y más próximos están, mayor es la atracción entre ellos. El Sol es un cuerpo masivo y su fuerte gravedad atrae a los planetas e impide que escapen al espacio exterior. Del mismo modo, la Luna es atraída por la gravedad de la Tierra.

Pero, si la gravedad es tan fuerte, ¿por qué se mantienen en órbita y no caen? ¿Por qué los planetas no se precipitan hacia el Sol? La respuesta es la inercia.

El estado natural de los planetas no es el reposo, sino un movimiento constante en línea recta. Es decir, si no hubiera gravedad ni ninguna otra fuerza que actuara sobre ellos, los planetas se moverían en línea recta y a una velocidad constante para siempre... o hasta que chocasen con otro cuerpo.

La fuerza de la gravedad rompe esa inercia y desvía al planeta de su trayectoria recta. El Sol atrae al planeta, tira de él y el planeta sí cae. Podemos calcular la distancia que el planeta cae cada segundo: la gravedad es directamente proporcional a la masa de los objetos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

Lo que sucede es que durante ese segundo, ambos objetos se han desplazado. El planeta no cae hacia abajo en línea recta, sino que traza una parábola, porque la inercia le empujaba hacia adelante mientras la gravedad tiraba de él hacia abajo. Y el Sol tampoco permanece quieto, sino que rota y, en consecuencia, su curvatura debajo del planeta cambia.

Al segundo siguiente el Sol vuelve a tirar del planeta, que vuelve a caer trazando una nueva parábola, y así sucesivamente. Como no puede escapar de la gravedad, queda atrapado en una órbita (casi) circular y cerrada. Lo mismo le sucede a la Luna con respecto a la Tierra.

El mismo sistema se utiliza para mantener los satélites artificiales en órbita. Cualquier objeto cercano a la Tierra que se mueva a más de 8 Kms por segundo, quedará atrapado en una órbita y no caerá. Si se mueve más despacio sí caerá, ya que la gravedad será más fuerte que la inercia, y el tirón de la gravedad lo desplazará más distancia hacia abajo que la inercia en línea recta.

La frontera del Sistema Solar

El Sistema Solar tiene forma de burbuja. Forma parte del Sistema Solar todo lo que está dentro de la zona de influencia del Sol. Es decir, hasta donde alcanzan su fuerza de gravedad, el viento solar y su campo magnético. Esta burbuja se llamaheliosfera, y flota por el espacio orbitando alrededor de la galaxia.

El borde exterior de la heliosfera se llama heliopausa. La heliopausa es la frontera invisible del Sistema Solar. Es el lugar donde el viento solar pierde velocidad y da la vuelta. Envuelve la heliosfera y la protege de los rayos cósmicos externos.

La heliopausa es elástica. Se expande y se contrae, y puede cambiar de forma y tamaño. Se cree que en algún tiempo pasado estuvo muy contraída y el Sistema Solar estuvo expuesto a muchos rayos cósmicos.

El límite de la heliopausa se llama choque de terminación. Está en contacto con la radiación externa. A partir de ahí comienza el espacio interestelar. Actualmente, el Sistema Solar atraviesa una pequeña nube interestelar que está presionando el choque de terminación y la heliopausa.

En 1.977 la NASA envió al espacio las sondas Voyager I y II. Después de explorar el Sistema Solar externo, la Voyager I entró en la heliopausa en 2.005. Ahora está a más de 17.000 millones de kilómetros de la Tierra y sigue avanzando a más de 60.000 kilómetros por hora.

La Voyager I es el objeto fabricado por el hombre que más lejos ha llegado hasta ahora y el primero en salir del Sistema Solar. En su interior lleva unos discos de oro que contienen información sobre la Tierra y la vida, ya que formaba parte de un programa de búsqueda de vida extraterrestre apoyado por Carl Sagan. También transporta un mapa con nuestra localización en el Sistema Solar.

¿Cuándo morirá el Sistema Solar?

El Sol está aproximadamente en la mitad de su vida. Cuando el Sol muera, todo el Sistema Solar morirá con él.

La Luna y las mareas

La gravedad del Sol y, sobre todo, de la Luna, atrae el agua de los océanos y provoca las mareas. Las mareas son subidas y bajadas del nivel del mar que se producen varias veces al día.

La Luna atrae el agua que está más próxima a ella. Así, la parte del océano que está de cara a la Luna se abomba hacia ella.

Al mismo tiempo, en el lado opuesto de la Tierra el agua se abomba en sentido contrario. ¿Por qué? Por la inercia. La Luna atrae a toda la Tierra, no sólo al agua. Lo que pasa es que la tierra es rígida y no se abomba. La inercia se resiste a la gravedad y tira en sentido contrario. Por eso el océano del otro lado de la Tierra también se abomba, aunque menos.

El Sol también atrae el agua de los océanos, pero en menor medida que la Luna. Aunque su gravedad es mayor, al estar más lejos, influye menos. El Sol produce mareas más débiles.

El abombamiento del océano hace que en la costa se vea cómo el mar se retira y vuelve varias veces al día. Las mareas no se producen siempre a la misma hora. Varían con las fases lunares, ya que la Luna aparece en el cielo a distintas horas.

La altura de las mareas también varía, y no es la misma en todos los lugares. En las fases creciente y menguante, las mareas son más pequeñas y se llaman mareas muertas. En cambio, cuando hay Luna nueva y llena, el Sol, la Luna y la Tierra se alinean y las mareas son mayores. Se llaman mareas vivas. Las mareas más intensas se producen en Luna nueva, ya que la gravedad de la Luna y del Sol tiran en la misma dirección y se suman.

Asteroide contra la Tierra

Asterorides, cometas y meteoritos son los miembros más pequeños del Sistema Solar. Algunos cruzan la órbita de la Tierra. Se calcula que se produce un gran impacto cada 100.000 años.

Los asteroides son cuerpos rocosos que no se unieron para formar planetas. El principal anillo de asteroides está entre las órbitas de Marte y Júpiter. Otro grupo, los asteroides troyanos, comparten órbita con Júpiter.

Algunos, como el grupo de asteroides Apolo, cruzan la órbita de la Tierra. Hace miles de millones de años, enormes asteroides bombardeaban nuestro planeta. Es posible que el impacto de uno de ellos contra la Tierra formara la Luna. En cada colisión, los asteroides se partían en trozos más pequeños. Por eso hoy hay más asteroides, aunque son mucho más pequeños. Es difícil que un gran asteroide choque contra la Tierra.

Los cometas vienen de las afueras del Sistema Solar, del Cinturón de Kuiper y la Nube de Oort. Su núcleo es de hielo y, al acercarse al Sol, se forma detrás una cola de gas y polvo. Algunos tienen órbitas periódicas, y a veces cruzan las de los planetas. Otros sólo nos visitan una vez, y sus órbitas se desconocen. La gravedad de Júpiter desvía muchos, pero otros entran hasta el Sistema Solar interior.

Cada vez que un cometa pasa tan cerca del Sol se hace más pequeño, y acaba por desgastarse. Esto reduce las posibilidades de un gran impacto. En el pasado, impactos de cometas liberaron en la atmósfera grandes cantidades de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, los elementos esenciales para la vida.

Los meteoritos son restos de colas de cometas o pequeños asteroides. Cada año entran en la atmósfera millones de meteoros. Pero no son tan grandes como para producir un gran impacto. La mayoría se desintegran antes de llegar al suelo. Cuando un meteoro llega al suelo se llama meteorito. Se cree que un gran meteorito provocó la extinción de los dinosaurios hace 65 millones de años. El meteorito más grande del mundo que se conserva está en Groenlandia y pesa más de 600 toneladas.