El sol y la sonda Parker, los misterios revelados por la NASA sobre el astro

Hace unos cinco mil millones de años, una estrella pequeña prendió su horno interno. Nació de una nebulosa originada de la explosión de una vieja estrella que se supone ocupaba el lugar que hoy tiene nuestro sistema solar. Hoy, el Sol está en la mitad de su existencia. Toda estrella estable —como nuestro astro rey— es una esfera de gas con dos fuerzas internas en equilibrio: la gravedad que tiende a comprimirla y la presión del gas muy caliente que tiende a expandirla.

—Polvo de estrellas—

La energía que produce una estrella en su interior se debe a las reacciones termonucleares, a las reacciones de fusión nuclear. Estas reacciones se producen cuando dos núcleos atómicos (compuestos de protones y neutrones) se fusionan y forman otro núcleo más pesado, liberando energía.

¿Y por qué dos núcleos se pueden fusionar? Esto se debe a que están sometidos a las altísimas temperaturas del interior de las estrellas, lo que origina que choquen entre sí y se fusionen. La violenta colisión de los núcleos supera la repulsión eléctrica producida al tener ambos la misma carga (los protones tienen carga positiva). La primera y más simple reacción nuclear en una estrella, llamada cadena protón-protón, es la producida por dos núcleos de hidrógeno para formar uno de helio; esta reacción emite energía (radiación o fotones) y, además, libera dos partículas atómicas, una de ellas el hiperliviano neutrino. Este mecanismo lo hemos simplificado, en el camino hay más reacciones.

A una temperatura de 15 millones de grados en el interior del Sol y en un lapso de miles de millones de años se van formando helio, carbono, nitrógeno, oxígeno, flúor, neón y sodio; en las estrellas más masivas, las reacciones de fusión llegan hasta el hierro. Los procesos de fusión de elementos más pesados que el hidrógeno son más complejos.

Por ejemplo, después de que todo el hidrógeno se ha transformado en helio, para formar carbono deben fusionarse dos núcleos de helio; estos van a originar un núcleo de berilio muy radiactivo que, rápidamente, se transforma en los dos núcleos originales de helio, pero, si en su corta vida el berilio choca con otro núcleo de helio, se transformará en carbono y emitirá radiación. Sin duda, el interior de las estrellas es una fábrica de átomos, la llamada nucleosíntesis.

Toda la materia de la que estamos hechos proviene del interior de las estrellas. El famoso astrónomo y gran divulgador Carl Sagan lo sentenció así: “Somos polvo de estrellas que piensa acerca de las estrellas. Somos el medio para que el universo se conozca a sí mismo”.

—Anatomía solar—

Como hemos visto, en el núcleo del Sol la temperatura es altísima y genera energía que ha de escapar hacia fuera. Debe atravesar la envoltura exterior de la estrella y, en general, lo hace por radiación. Pero, en las capas exteriores, los fotones (cuantos de luz) son absorbidos por los átomos del gas de la estrella y luego de un rato estos los remiten, y también se desvían. Tras superar muchos obstáculos, llegan a la superficie y salen libremente.

A veces la radiación es tan intensa y los obstáculos tan grandes que la estrella utiliza otro mecanismo para transportar su energía al exterior: por convección. Es decir, suben hasta la superficie burbujas gaseosas calientes y brillantes, mientras que se hunden masas gaseosas más frías, tal como se observa en la granulación de la superficie del Sol. El trayecto de la radiación es a través de capas. El Sol presenta una estructura de capas esféricas como las de una cebolla.

Entonces, nuestra estrella está formada por el núcleo, donde se producen las reacciones termonucleares; por la zona radiactiva, donde los fotones interaccionan con el plasma solar (gas con partículas cargadas eléctricamente); por la capa convectiva y por la fotosfera, la superficie brillante del Sol que está a 6.000 °C. Por encima de esta última capa, se encuentra la cromosfera, que es una ligera cubierta solo visible con filtros especiales. Finalmente, se encuentra la corona solar, una capa tenue y muy extensa (ocho millones de kilómetros) compuesta de plasma, la cual podemos observar durante los eclipses solares totales. Paradójicamente, tiene una temperatura calculada de cerca de dos millones de grados centígrados, es muchísimo más caliente que la superficie de la estrella.

La actividad solar también produce manchas solares, tormentas solares, viento solar, campo magnético, etc. El viento solar se caracteriza por la emisión de gases compuestos por partículas con carga eléctrica (iones), sobre todo de núcleos de hidrógeno y de helio, así como electrones; estos iones se originan en la corona solar y están regulados por el campo magnético del Sol. Las partículas del viento solar llegan a la Tierra como una onda expansiva; esta aumenta cuando hay mayor actividad solar, que ocurre en ciclos de once años.

—El candente tour de la sonda Parker—

Lanzada en agosto de 2018, la sonda no tripulada Parker espera estar en un momento lo más cerca posible del Sol. Algo que ocurrirá en los próximos años. La nave hará antes siete sobrevuelos a Venus, en una misión de casi siete años, para reducir gradualmente su órbita alrededor del Sol hasta acercarse a 6,16 millones de kilómetros, unas siete veces más cerca que cualquier otro objeto en el pasado.

Para la NASA, este lanzamiento “revolucionará nuestra comprensión del Sol […], enfrentando condiciones brutales de calor y radiación”. El objetivo principal es comprender cómo se calienta la corona solar, determinar la estructura y dinámica del plasma, e investigar los mecanismos que aceleran el viento solar. Para hacer estas investigaciones, Parker y sus instrumentos estarán protegidos del calor del Sol por un escudo de carbono de 4,5 pulgadas de espesor, que deberá soportar temperaturas externas que llegan alrededor de los 1.380 grados centígrados.

El 4 de diciembre de 2019, la revista científica Nature publicó un artículo sobre las primeras investigaciones, a partir de los datos proporcionados por la sonda. El estudio confirmó la predicción de un viento solar supersónico (velocidades mayores a las del sonido); que el plasma se acelera a medida que emerge de la corona solar, por procesos no identificados que transportan la energía hacia el exterior del Sol antes de depositarla en el viento solar.

El artículo señala que también se comprobó que el campo magnético del Sol obliga a la corona a girar conjuntamente con él. Asimismo, se detectó un componente rotacional (de giro) creciente en la velocidad de flujo del viento solar alrededor del Sol, estos flujos superan las predicciones de velocidad clásicas y ponen en duda nuestra comprensión de cómo las estrellas giran a medida que envejecen.

Según la NASA, estas y futuras investigaciones que se realizarán gracias a los datos que proporcione la sonda, nos ayudarán a mejorar las predicciones del impacto que tiene el viento solar sobre la vida en la Tierra.

"En el núcleo del Sol la temperatura es altísima y genera energía que ha de escapar hacia fuera".

—Antes del fin—

Parte de la misión de la sonda Parker es averiguar la dinámica actual del Sol, algo que se supone será muy diferente dentro de unos cinco mil millones de años, cuando se cree que nuestra estrella central agotará su combustible. Entonces, el Sol se convertirá en una estrella gigante roja y se tragará a Mercurio, Venus y quizás a la Tierra.

En esa época, nuestro planeta quedará asado, con los océanos volatilizados, o totalmente destruido y tragado por el decadente astro. Luego, nuestra moribunda estrella sufrirá convulsiones y expulsará sus capas exteriores en forma de nebulosa planetaria; finalmente, quedará reducida a una estrella enana blanca, una estrella muy densa del tamaño de la Tierra, sin reacciones termonucleares (solo emitirá energía térmica), que poco a poco se irá apagando y enfriando.

Por ahora —y por muchos millones de años más— podemos seguir fascinándonos y disfrutando del Sol, fuente de vida, misterios y retos para la ciencia. Y alimento para la ficción, hay que decirlo.

Los datos

• Distancia: La distancia media que hay entre la Tierra y el Sol es de 150 millones de kilómetros.
• Vida: Se estima la vida del Sol en 10.000 millones de años.
• Órbita: Marte tarda casi dos años terrestres en dar la vuelta al Sol; Saturno, 29 años, y Neptuno, 165 años.