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¿DE QUÉ ESTÁ HECHO EL SOL?
ESPECIAL SOL-TIERRA

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Teodoro Roca Cortés
Catedrático de Astrofísica de la Universidad de La Laguna
Instituto de Astrofísica de Canarias

Esta fue la pregunta con la que Manuel, un niño de 12 años, inició la conversación una tarde calurosa de junio en la escuela de San Borondón, donde Don Heliodoro, maestro y aficionado a la Astronomía, daba sus clases de Ciencias.

- El Sol está hecho con los mismos materiales de que están hechos la Tierra y los demás planetas del Sistema Solar. Si aceptamos la teoría de que todo el Sistema Solar, incluido el Sol, se formó a la vez en esta zona de la Galaxia que ahora ocupamos, a partir del material que había por ahí en aquella época, llegaremos a la conclusión de que en los objetos del Sistema Solar debemos encontrar los mismos elementos químicos, es decir, la misma clase de átomos y moléculas que encontramos en la Tierra.

- Pero, ¿en las mismas proporciones, Don Heliodoro?, preguntó María.

- No, evidentemente no tendríamos por qué encontrar en cada uno de ellos las mismas proporciones de los mismos constituyentes ya que, si así fuera, todos los objetos se parecerían mucho más unos a otros a simple vista y es evidente que hay planetas rocosos, otros gaseosos, cometas, meteoritos, el mismo Sol...

- Pero, todo lo que nos ha dicho hasta ahora se deduce de la suposición de una simple teoría y de una ojeada a simple vista. Y las evidencias y los hechos de los que usted siempre nos habla, Don Heliodoro, ¿dónde están?.

- Buena pregunta, Manuel. Veamos, el Sol es el objeto más grande del Sistema Solar, es la única estrella que hay en él, es decir, el único objeto capaz de producir energía por sí mismo. Esta energía que irradia en todas direcciones es la que ha permitido que aparezca y se desarrolle vida en nuestro planeta llegando, en su evolución, hasta la aparición de vida inteligente. Casi la totalidad de esta energía nos llega en forma de luz y calor que nos permiten observar su superficie de un tono anaranjado, precisamente el color que tendría cualquier objeto a la misma temperatura, aproximadamente 5.500 ºC. Si descomponemos la luz que nos llega del Sol por medio de un prisma, por ejemplo, podemos observar los colores que componen la luz blanca, desde el violeta hasta el rojo, en una serie de bandas, es lo que se llama espectro. Un observador más avezado podría descubrir entre toda esta gama de colores unas finísimas rayas oscuras, de diferentes tonos grises, como si faltara energía en estas zonas, tal y como puede observarse en este espectro adjunto. Estas rayas, mis queridos alumnos, son la evidencia de que en la superficie solar hay átomos diferentes.

- Interesante Don Heliodoro, terció Yaiza . ¿Quiere decir con ello que la posición de estas rayas en el espectro nos delata de qué átomos se trata?

- Efectivamente, estas rayas se denominan de absorción o de Fraunhöffer (en honor al físico alemán que las descubrió a principios del siglo XIX y que identificó 574, de las 26.000 aproximadamente que se conocen actualmente) porque son precisamente estos átomos los que han absorbido la energía que falta, dejando una sombra oscura en su lugar. Mis queridos alumnos, cada elemento químico que conocemos aquí en la Tierra tiene una serie de rayas, parecidas a estas, situadas en diferentes lugares en el espectro. Comparándolas con las del espectro solar podemos saber qué elementos hay en el Sol.

- Entiendo. Nos está diciendo que podemos saber de qué elemento se trata sin más que medir la posición de las rayas en el espectro. Entonces, esto es parecido a cómo la policía científica identifica a cualquier persona humana por medio de sus huellas dactilares (o su DNA). Interesante, dijo David, aficionado a los detectives.

- Pues bien, en la superficie del Sol se han identificado todos los elementos químicos conocidos aquí, en la Tierra. Es más, alguno de ellos, el Helio por ejemplo, se identificó en el Sol antes de hacerlo en ningún laboratorio terrestre, unos 30 años más tarde. De ahí su nombre, que proviene de cómo llamaban los griegos al Sol.

- Y también el suyo, ¿no?.

- Efectivamente, Dácil, y también el mío.

- Pero, y las proporciones, ¿qué nos dice de las proporciones?, insistió María.

- ¡Ah! si!, las proporciones. Las abundancias de los elementos las podemos deducir también de las rayas espectrales. De hecho, la anchura de estas rayas y su tonalidad de gris están relacionadas con la cantidad de átomos de este elemento presente en la superficie solar. Los astrónomos, pueden calcularlas con facilidad. De hecho, se encuentra que el 93,9% del total de átomos presentes es Hidrógeno, el 6% es Helio y el 0,1% restante son elementos más pesados que estos dos, el Oxígeno, el Carbono, el Silicio, el Hierro, etc. El número total de átomos, en sus diversas formas, que hay en el Sol es de alrededor de 1057, es decir, un uno seguido de 57 ceros.

- Interesante, pero me ha parecido entender que hay diversas formas de un mismo átomo presentes en el Sol. Tenía entendido que el átomo es la parte más pequeña de un elemento químico que conserva todas sus características, y de estos hay solamente unos 104 tipos en la naturaleza.

- No se les escapa nada, ¡eh!. Efectivamente, el átomo es una partícula eléctricamente neutra y es diferente para cada uno de los elementos de la Tabla Periódica en que los clasificó por primera vez el ruso Dimitri Mendeléev. Constan de un núcleo central masivo con protones o cargas positivas rodeado del mismo número de electrones con carga negativa de manera que, en conjunto y en condiciones normales, forman un átomo neutro.

- Usted lo ha dicho, en condiciones normales. Pero, usted nos acaba de decir que la temperatura de la superficie solar es muy alta, no es normal.

- Tienen razón, en las condiciones físicas solares muchos elementos han perdido algunos o incluso todos los electrones de forma que los átomos, ahora cargados positivamente, se llaman iones (o cationes) mientras que los electrones que quedan libres son iones cargados negativamente (o aniones). De esta forma, las partículas que forman esta especie de gas del que se compone el Sol están cargadas eléctricamente y este nuevo estado en que podemos encontrar la materia se ha venido a denominar "plasma".

- Pero Don Heliodoro, hasta ahora nos ha hablado de las evidencias que encontramos en la superficie del Sol; y en su interior, ¿qué pasa en su interior?. ¿Quién nos garantiza que allí dentro encontraremos los mismos elementos?, ¿y en qué proporciones?.

- Muy perspicaz. Efectivamente, el espectro de la luz solar sólo nos da información de su superficie, que es desde donde es emitida. Pero hay una evidencia más: si hacemos una buena fotografía del Sol y la aumentamos suficientemente observaremos que está formada por pequeñas celdillas (de unos 1.000 km de tamaño) que son consecuencia del estado de ebullición continua en que se encuentra el plasma solar por debajo de su superficie. Esta ebullición transporta calor desde el interior hasta la superficie por medio del proceso de convección, de igual forma que un caldero con potage, calentado por debajo, va calentando la parte de arriba. Este proceso en el que también se mezcla el material, mis queridos alumnos, asegura que lo que observamos en la superficie es fiel reflejo de lo que hay debajo. Al menos, hasta el fondo de la zona que se encuentra en ebullición. Esta zona está aproximadamente a unos 2/7 del radio solar (unos 200.000 km) por debajo de la superficie.

- Esto quiere decir que el interior del Sol está aún más caliente que su superficie, ¿no es así?. Esto es excitante, dijo David. Y por debajo de esta zona, ¿qué pasa?.

- Por supuesto, está mucho más caliente. De hecho, el centro del Sol es una zona donde la temperatura llega a tener unos 15 millones de grados; es allí donde se producen las reacciones termonucleares que producen la energía que luego es transportada hacia el exterior, de una forma lenta primero (por radiación) y de otra rápida después (por convección), como ya hemos dicho. En estas reacciones termonucleares resulta que 4 núcleos de Hidrógeno se transforman en uno de Helio y en este proceso se obtiene, además, energía. El Sol quema, aproximadamente, 600 millones de toneladas cada segundo y produce una potencia que permitiría mantener encendidas unos 4 billones de billones de bombillas de 100 vatios, como las que tenemos en casa.

- Entiendo, pero entonces también se cambian las proporciones de Hidrógeno y de Helio, ¿no?.

- Obviamente, allí se gasta mucho Hidrogeno, con lo que habrá menos cantidad que en la superficie, y se obtiene Helio, con lo que habrá más. Efectivamente, las proporciones ahí de estos dos elementos han cambiado. Las proporciones nuevas sólo se pueden calcular utilizando modelos matemáticos de cómo funciona una estrella como el Sol. Estos modelos predicen que en el centro del Sol se puede haber gastado cerca de la mitad del Hidrógeno que habría al comienzo de la formación del Sol, justo antes de que las reacciones empezaran a funcionar.

- Y, ¿dónde están las evidencias de todo esto?

- Eso, mis queridos alumnos, es mucho más difícil de obtener. Sólo muy recientemente, hacia 1979, ha sido posible comenzar a obtener evidencias experimentales indirectas de lo que sucede allí dentro, por medio de lo que se ha dado en llamar la Heliosismología. Y, a propósito, esta investigación se realizó cerca de aquí, en el Observatorio del Teide, del Instituto de Astrofísica de Canarias. Pero, de ello amigos míos, hablaremos otro día.

ESPECIAL SOL-TIERRA

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Imagen del espectro solar, creada a partir del Atlas Solar Digital obtenido con el espectrógrafo FTS en el telescopio McMath-Pierce en Kitt Peak (Arizona, USA). Va desde 400 nm (parte inferior izquierda) a 700 nm (parte superior derecha), en tiras de 6 nm cada una. 1nm es la millonésima parte de un milímetro. Los astrónomos clasifican al Sol como una estrella de tipo espectral G2. Esta imagen es una cortesía de N. Sharp del NOAO-NSO-AURA-NSF.

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