Astrosabio

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La luz visible que nos llega del Sol procede de su superficie, una finísima capa cuyo espesor es de sólo un 0,1% de su radio. Por tanto, podemos decir que el Sol mismo con su luz nos impide ver qué hay debajo de la superficie y cuáles son las condiciones físicas en las que está el plasma allí. Consecuentemente, lo que conocemos del funcionamiento del interior solar es fruto de las predicciones de modelos matemáticos que construimos utilizando la física conocida. Así es que la pregunta: ¿podemos obtener información cuantitativa de lo que sucede en el interior solar?, tiene perfecto sentido. La respuesta es afirmativa y, en este corto relato, voy a tratar de explicarles la técnica necesaria para ello.

Si acercamos nuestro oído a uno de los raíles de la vía del tren, somos capaces de saber si un tren ha pasado o va a pasar por allí dentro de poco. Lo que hacemos en realidad es detectar el sonido que producen las ruedas del tren en su contacto con los raíles y que se propaga desde allí hasta nuestra oreja (el detector) mucho más rápido que el tren. El sonido se propaga en forma de ondas acústicas; y la forma ccmo lo hace depende del medio en el que se propaga, es decir, el material del que están hechos los raíles. Si son de hierro o de cualquier otro metal o aleación, el sonido se propaga de forma más o menos rápida.

Estas ondas que se propagan a lo largo de los raíles hasta que se desvanecen, se llaman ondas viajeras. El caso de un instrumento musical, de una cuerda de un timple por ejemplo, es ligeramente distinto. Podemos tocar una de sus cuerdas (una dimensión), la onda viajera se transmite a lo largo de la cuerda en ambas direcciones y llega a ambos extremos; allí se refleja y ambas vuelven hacia atrás, llegan otra vez a los extremos, se reflejan y así sucesivamente. Cuando se encuentran unas con otras se produce el fenómeno de interferencia; la consecuencia es que en algunos puntos de la cuerda el movimiento se cancela (nodos) y en otros se amplifica, dependiendo de la longitud de la cuerda, de su tensión y del material de que está hecha. De esta forma, se selecciona qué ondas pueden permanecer vibrando; estas ondas se llaman estacionarias y, como sólo dependen de cada situación particular, se les llama también modos propios de vibración de la cuerda. De esta forma, si podemos medir su frecuencia o su longitud de onda (el doble de la distancia entre nodos), podemos saber qué estructura está vibrando. Para afinar el timple (que el sonido emitido tenga la frecuencia correcta), tenemos que cambiar las condiciones del mismo; como no podemos cambiar la longitud ni el material de la cuerda, cambiamos la tensión a la que está sometida. Obviamente, cualquier instrumento de cuerda funciona de forma parecida. Otros instrumentos, como los de viento, funcionan igual sólo que, en este caso, lo que vibra es el aire en los tubos de las trompetas, trombones, trompas, etc...

De forma semejante podemos razonar con un instrumento algo más complicado como es un tambor (dos dimensiones). Cuando lo golpeamos, producimos ondas acústicas que se propagan hasta donde estamos nosotros. Pero si nos fijamos en la frecuencia del sonido, veremos que cambia dependiendo de si golpeamos (con la misma fuerza y en el mismo sitio) un tambor pequeño u otro grande, o dos del mismo tamaño pero diferente material. Los modos propios de vibración en cada caso son diferentes y tienen diferentes frecuencias. Como pueden ver, las frecuencias de estas vibraciones nos revelan no sólo de qué instrumento se trata, sino que también nos informa de su estructura (grande o pequeño, material de que está hecho, tensión, etc...). En general, en una orquesta musical cuando están afinando los instrumentos la misma nota emitida por cada uno de ellos "suena" diferente y su director lo sabe, porque los instrumentos tienen diferente "timbre", tienen diferentes modos de vibración. Toda estructura física tiene sus propios modos de oscilación cuyas frecuencias definen su estructura.

Modernamente este tipo de técnicas han encontrado gran aplicación en diferentes campos, en concreto la medicina. Hasta hace unos 30 o 40 años era imposible ver el interior del cuerpo humano sin utilizar un bisturí y abrir al paciente o irradiándolo con rayos X (dañinos a grandes dosis). Ahora se suelen utilizar diversas técnicas que permiten hacerlo de forma menos traumática, como la ecografía. Estoy seguro de que las mujeres saben bien a qué me refiero ya que ahora pueden ver el feto antes de que haya nacido, es decir, dentro de su propio vientre. Mediante el ecógrafo se envían ondas de sonido (ultrasonidos) que penetran en el vientre y se reflejan parcialmente en lo que van encontrando. El análisis de estas ondas reflejadas es el que permite "ver" qué hay allí dentro, sin necesidad de verlo con nuestros propios ojos sino con el ecógrafo. Ahora este aparato se usa ampliamente en la medicina interna y en otras ramas. También se utiliza en la industria para el análisis de estructuras, en la construcción, etc...

Esta es también la técnica que usan los geofísicos para conocer el interior de nuestro planeta Tierra. Explosiones, terremotos u otras perturbaciones en la corteza terrestre excitan los modos de vibración propios de la Tierra que pueden ser hasta de varios millones; el estudio de parte de ellos o todos en su conjunto por medio de sismógrafos ofrece la posibilidad de conocer la estructura de las capas que atraviesan.

Bueno, pues de forma similar podemos conocer el interior de nuestro Sol. Si, ya sé que no podemos ir al Sol y golpearlo o enviarle ultrasonidos; tampoco podemos instalar allí sismógrafos. No hay necesidad. El propio Sol se encarga de autoexcitarse a través de movimientos turbulentos en su interior (convección). Estos crean ondas de sonido que se propagan por su interior, se reflejan y vuelven hasta la superficie deformándola ligeramente; tan ligeramente que estas deformaciones son menores que una diez millónesima parte de su radio. Sucede algo parecido en el mar o los océanos, su superficie se ve deformada por las olas, que no son sino manifestaciones superficiales de la acción de las ondas que se propagan por su interior. De esta forma, observando la superficie solar con heliosismógrafos muy precisos, ya sea en el Observatorio del Teide (en Tenerife) o en el satélite SOHO, podemos descubrir las frecuencias de las ondas que se propagan por su interior y, de su estudio, podremos deducir las características físicas del interior solar por donde ellas se propagan. Así pues, los sonidos del Sol nos envían información de cómo es por dentro. Sus frecuencias se sitúan alrededor de 3 miliHertzios, que corresponden a una longitud de onda de unos 5 minutos; nosotros, los humanos, no podemos oírlos directamente ya que nuestros oídos sólo son sensibles a vibraciones de frecuencias entre 100 y 20.000 Hertzios, pero los heliosismógrafos si pueden detectarlos.

No sólo podemos conocer su estructura, sino también su dinámica. En efecto, si el interior solar está girando afectará a las frecuencias de las ondas acústicas, pero no de la misma forma a todas. Estudiando cómo les afecta podemos llegar a conocer cuál es la velocidad de rotación a diferentes profundidades en el Sol. Así, la superficie del Sol, que gira más rápido en el ecuador que en los polos, mantiene este tipo de giro hasta una profundidad de 2/7 partes de su radio; a partir de allí, la rotación es igual en todos sus puntos, como si fuera una bola (sólido rígido). Esta capa está situada justo debajo de donde empieza el transporte energético por convección.

Para poder medir estos pequeñísimos desplazamientos ha habido que esperar hasta hace un par de décadas. En trabajos pioneros realizados en el Observatorio del Teide por investigadores del IAC y de la Universidad de Birmingham (Inglaterra) se pusieron a punto tanto las técnicas instrumentales como de observación. El desarrollo de ambas ha pasado por el establecimiento de redes mundiales de heliosismógrafos, como la red GONG por ejemplo, y finalmente ha culminado en tres instrumentos a bordo del satélite SOHO, los GONG, VIRGO y MDI construidos por consorcios internacionales de científicos de diferentes países, en los que han participado los del IAC. El resultado de todo ello es que el conocimiento cuantitativo del interior solar es hoy una realidad, descubriendo gran cantidad de fenómenos que ocurren allí y aportando datos numéricos que ayudan a desvelar la bella complejidad del funcionamiento de una estrella, nuestro Sol.

En particular, podemos comparar ahora las predicciones de los modelos físico-matemáticos antes mencionados con las medidas heliosísmicas. En general, comprobamos que dichos modelos explican bien, grosso modo, el funcionamiento solar. No obstante, cerca de la base de la zona de convección no lo hacen y tampoco cerca del núcleo solar. Ambas zonas son de capital importancia ya que en la primera es donde se cree que se acumula el campo magnético solar antes de aflorar a la superficie en forma de manchas, mientras que la segunda es donde se produce la energía solar por medio de reacciones termonucleares. Las medidas heliosísmicas son tan precisas que permiten distinguir estos detalles y, por tanto, han revelado nuevos conocimientos y auguran otros interesantes para un futuro inmediato.