sábado, 16 de diciembre de 2017

Grandes bolas de fuego

Vamos a aprovechar que esta semana es el solsticio de verano en el hemisferio austral, que el Sol se ve tan alto y se siente tan calentito, para desmitificar una creencia sumamente extendida. Digámoslo de una vez:

El Sol no es de fuego.

Es cierto que es brillante y caliente, y que en fotos como ésta (del observatorio solar espacial SOHO), la superficie de nuestra estrella parece ardiente. También se habla de llamaradas solares, y parecen incendios infernales. Vistas en movimiento, sabiendo que son muchas veces mayores que la Tierra, son impresionantes.


Si uno no sabe nada sobre las estrellas parece bastante natural imaginarse que el Sol se mantiene ardiendo quemando algún combustible. Los primeros intentos científicos de explicar el mecanismo, sin embargo, se encontraron con una dificultad: quemando un combustible ordinario el Sol podría arder unos 3 mil años. Para una Historia de escala bíblica, como las precientíficas, tal vez alcanzaba. Los geólogos del siglo XIX, sin embargo, empezaron a decir que la Tierra tenía probablemente muchos cientos de millones de años de edad.


Así que explicar el calor del Sol se convirtió en un problema científico interesante y muchos físicos famosos formularon posibles modelos. Helmholtz, por ejemplo, sugirió que la esfera solar se contraía permanentemente por su propio peso, convirtiendo energía gravitatoria en calor. Calculaba que achicándose 35 metros por año alcanzaba. Lord Kelvin agregaba que la caída de muchos meteoros podía colaborar, alargando la vida del "fuego" solar hasta 20 millones de años. A principios del siglo XX Rutherford, pionero de la física nuclear, aventuró que un decaimiento radiactivo podía ser un mejor mecanismo. Poco después Einstein demostró la equivalencia entre la masa y la energía, E = mc2, y se empezó a sospechar de algún mecanismo que convirtiera materia directamente en energía. Eddington, por ejemplo, sugirió que la aniquilación del protón contra el electrón en los abundantes átomos de hidrógeno del Sol podía ser responsable de la inmensa energía solar. Recién en 1928 George Gamow demostró que el "efecto túnel", un comportamiento fantasmagórico de la materia cuántica, podía hacer que entraran en contacto dos núcleos de hidrógeno (que tienden a repelerse eléctricamente) dando lugar a reacciones nucleares de fusión exotérmicas. Por abuso de lenguaje seguimos diciendo que el hidrógeno es el "combustible", y que el Sol "quema" 700 millones de toneladas de hidrógeno cada segundo, convirtiéndolas en 696 millones de toneladas de helio. Pero no hay combustión. Nada se quema. La diferencia: 4 millones de toneladas de materia, son convertidas directamente en energía electromagnética cada segundo.


En definitiva: el Sol no es de fuego. ¿Y entonces, por qué arde y brilla? Porque está caliente, nada más que porque está caliente. Como cuando calentamos un clavo en la hornalla de la cocina y al retirarlo brilla hasta que se enfría, como el hierro que un herrero calienta para forjarlo, cualquier cuerpo caliente brilla. En el centro del Sol las reacciones nucleares liberan mucha energía electromagnética (principalmente rayos gamma), que en su camino hasta la superfice calienta la esfera del Sol. La superficie se mantiene a 5700 grados. A esa temperatura, cualquier cuerpo brilla igual que el Sol. Sin fuego.


La imagen de llamaradas solares durante un eclipse es de Luc Viatour (CC BY-SA). Las de llamaradas en alta resolución son de Moshen Chan (Flickr, CC BY-NC).

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8 comentarios:

  1. Genial
    Pero, un par de cosas:
    Es de suponer que para que ocurran esas reacciones no sean necesarias presencias de ningún gas (oxígeno, ya que no lo hay alrededor y su simple existencia daría lugar a un proceso muy acelerado de oxidación y reducción...) que actúe como comburente y que facilite la combustión, ya que aquí no la hay. Sólo hay una reacción química de pérdida/ganancia o movimiento de unos elementos en otros; primer principio de aquello que no se destruye se transforma y por ello en ese trozo del sistema solar, el sol se aviva sin más presencia que en convertir una sustancia en otra; entre medias de esas dos se engendra calor y luz...¿A qué velocidad?
    Y esto lo pregunto porque, en esa imagen gif dónde se ve tan rápidamente la bocanada de plasma incandescente que saliendo de la superficie solar se lanza en su espacio cercano __como cuando un volcán expulsa por su cráter lava a gran temperatura y enseguida cae__ ¿Cómo y cuánto tarda esa gran hipergigante manga de plasma que el sol lanza y enseguida se deposita, según la foto acelerada, nuevamente sobre sí mismo, si tenemos en cuenta que es enorme? Ésa es la cuestión ¿Ocurre en segundos sólo, tal y cómo apreciamos en tan acelerada imagen o es mucho más que eso?
    Teniendo presente que la velocidad de la luz (partícula y energía simultáneamente) es la que conocemos. ¿Es posible eso o sólo es un efecto?
    Si además un fotón tarda desde el núcleo del sol en llegar a su superficie, la friolera de varios miles de años y que, por distancia, sólo ocho minutos en alcanzarnos..¿Qué vida de ese fotón estamos viendo...?
    Gracias
    No son dudas, sólo mayéutica...

    Saludos :)´

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    Respuestas
    1. Efectivamente, la llamarada está acelerada. Pero estos fenómenos son bastante rápidos, se desarrollan en decenas de minutos u horas. Solo parecen: son fenómenos magnéticos. No hay ninguna reacción química involucrada. El gas es casi en su totalidad hidrógeno.

      En cuanto al otro asunto. El fotón que llega a nuestros ojos no es niguno que salió de las reacciones nucleares del centro del Sol. Éstos son absorbidos y vueltos a irradiar tantas veces en su camino hasta la superficie, que sólo nos llega su última encarnación. Esas absorciones y reemisiones son un fenómeno cuántico, mediante el cual el fotón realmente deja de existir, y luego un nuevo fotón se produce. Una vez que está en el vació del espacio interplanetario, viaja sin cambiar de identidad (¡a diferencia de lo que ocurre con los neutrinos solares!) hasta nosotros.

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  2. Gracias nuevamente, Guillermo
    ¿Pero. cómo es posible que como erudito y científico que eres emplees "encarnar" y no (re)engendrar o regenerar para tan buena explicación? Como quiera qué sea, gracias; pues son pocas, o ninguna, las buenas divulgaciones que son capaces de explicar tan bien esto. Algo que consigues con facilidad en cada una de tus "entradas"
    Esperaré y leeré con tranquilidad esa nueva publicación tuya navideña o de navidad; aunque no sean de mi gusto esos términos para referirnos a estas fechas.
    Desde aquí, en Madrid ──cuando son las 22:41 del sábado 16── a miles de km seguiré leyendo, no sólo como consulta, también para conocer muchos otros detalles que en general se pierden sobre este Espacio que cada día me suena más cercano y menos extraño...
    Cordialmente, mi más deferente saludo :)´

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    1. Que muchas veces estoy por estas cimas, telescopio en ristre

      https://www.flickr.com/photos/danicaxete/24487626361/in/faves-124176082@N02/

      Saludos

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    2. Guau, qué lindo.

      Encarnar es una palabra del castellano, che. La usé a propósito, por supuesto, que es la razón por la que usamos las palabras. ;)

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  3. Muy buena entrada, como siempre. Y genial lo de Gamow. Las cuentas no son terribles: http://www.astro.princeton.edu/~gk/A403/fusion.pdf.

    Y es super interesante cuan baja es la tasa de reacción/fusión de un protón: 10^(-18)/s !!! Por suerte para nosotros hay muchos protones...

    Y un link para los más jovenes que no entiendan el título:
    https://www.youtube.com/watch?v=ZD8YPY8RBQc

    No es el verdadero JLL (otro genio), pero dicen que lo que muestra la película fue real...

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    Respuestas
    1. ¡Gracias! Yo viví muchos años creyendo que la fusión de hidrógeno era MUY exotérmica, y me sorprendí al descubrir que la contribución de cada reacción era tan chiquita.

      La canción me suena en la cabeza cada vez que abro esta página, casi no me deja leer.

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    2. Me pregunto qué habrá tocado Chuck Berry después de esas Grandes Bolas de Fuego...

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