Sol inconstante

Clima, Geo | 16 septiembre 2007


Durante mucho tiempo se ha dudado de la influencia de los cambios en el brillo solar sobre la dinámica climática terrestre. Que el brillo de nuestra estrella no es constante, es un hecho conocido desde hace bastante, ahora bien, la presunta conexión entre tales variaciones y algún fenómeno natural en la Tierra no fue más que mera conjetura hasta no hace muchos años.

Puede que la mala fama del asunto naciera de varios intentos estériles de vincular fenómenos cíclicos solares con prácticamente cualquier cosa imaginable. Por ejemplo, allá por 1801, el insigne astrónomo William Herschel afirmó haber encontrado correlaciones entre el ciclo de manchas solares y el precio del trigo1. Sin embargo, no tardó en darse cuenta de que había cometido errores que invalidaban su razonamiento.

Considerado prácticamente un “mito”, el asunto de la relación entre brillo solar y fenómenos naturales en nuestro planeta no se tomó en serio hasta que una flota de satélites dedicados a la observación del Sol gritaron al unísono ciertos datos intrigantes2. Resultó que, “por casualidad”, tres satélites solares enviaron información que indicaba una disminución en la luminosidad solar. Curiosamente, la reacción de los encargados de las misiones fue afirmar, ni más ni menos, que los tres estaban fallando, aquello no podía ser cierto. No mucho tiempo después, los mismos satélites volvieron a cometer otro “error”. Ahora, también al mismo tiempo, enviaron datos que indicaban que la luminosidad solar se elevaba. Ya no podía ser un fallo, las tres naves no podían errar al mismo tiempo, la realidad se impuso y quedó claro que nuestro “imperturbable” Sol era en realidad una estrella “variable”, forzando al límite el significado del término, claro está. Desde entonces, se ha descubierto que el patrón de aumento y disminución de brillo solar, que conlleva un aumento o disminución de la energía que llega a la Tierra, está íntimamente relacionado con el ciclo de manchas solares y, también, se ha conocido que muchas otras estrellas sufren cambios similares.

Vale, pero… ¿qué es una mancha solar? Habrá que mirar un poco hacia atrás para comprenderlo. Con un poco de pericia se puede ver que el Sol, aparentemente inmaculada “piedra” redonda, ígnea y sagrada, en realidad se encuentra “manchado”. Mirar al Sol es muy peligroso, si se hace, puede dañarse la retina, causar problemas de visión e incluso ceguera. Sin embargo, desde muy antiguo, hay gentes que, desafiando el peligro, han mirado al Sol y han visto las manchas que aparecen en su superficie. No son siempre las mismas, cambian con el tiempo, a veces hay más, en otras ocasiones no hay prácticamente ninguna. Pero, aunque se conocen referencias muy antiguas relacionadas con la observación de manchas solares, no fue hasta el siglo XVI, con la llegada de los primeros telescopios, cuando se inició el registro sistemático y científico de las mismas.

Con el tiempo, se descubrió que el número de manchas seguía un ciclo de aproximadamente once años, algo que, como se sabe ahora, no es más que uno más de los componentes de una variación rítmica de la emisión de energía del Sol, tanto en luz visible, como en la región ultravioleta del espectro, rayos X o emisiones de partículas, fruto de una compleja fluctuación magnética periódica de unos veintidós años de duración. Sin embargo, auque parecen “latidos” estables, la realidad es que cada uno de los ciclos presentan peculiaridades propias que hacen que cada uno de ellos sea diferente entre sí.

El primero en darse cuenta de la variabilidad cíclica de las manchas solares, al menos el primero del que se tenga constancia por medio de registro escrito, fue Heinrich G. Schwabe. Tal personaje, farmacéutico de profesión, astrónomo aficionado, publicó en 1843 una investigación en la que afirmaba que las manchas en la superficie de nuestra estrella variaban siguiendo ciclos de diez años. Como primer acercamiento no estaba nada mal. Años más tarde, intrigado por tal afirmación, el astrónomo J. Rudolf Wolf, director del Observatorio de Zurich, decidió ahondar en el asunto. Así, recopiló informes, observaciones y cualquier dato sobre el tema que pudo encontrar. Concienzudamente reunió las piezas del gran rompecabezas, aprovechando las observaciones propias y las de otros astrónomos en todo el mundo. Uniendo a todo ello un archivo con datos de un siglo y medio de antigüedad, logró corregir la cifra de Schwabe. Aunque claramente había grandes diferencias entre ciclos, logró establecer que el periodo medio se encontraba en torno a los 11,1 años3.

Hoy, cuando se tienen recopilados informes que datan de 1610 en adelante, se puede trazar un gráfico de ciclos en el número de manchas solares bastante detallado, aunque los datos más minuciosos y fiables comenzaron a tomarse precisamente en la época de Wolf, a mediados del siglo XIX. Ningún ciclo ha tenido la misma longitud, algunos han estado cerca de los doce años, otros han durado sólo una década y, además, el número de manchas solares, o amplitud de ciclo, ha sido de todo menos constante. A principios del siglo XIX el número medio de manchas anuales rondaba las 45. Sin embargo, por ejemplo, en 1957, se registraron 190.

Lo más sorprendente de todo es que hubo una época en que el Sol prácticamente se libró de las manchas. Vayamos por partes. Queda por explicar, muy brevemente qué es una mancha solar. Sencillamente, se trata de áreas oscuras que aparecen sobre la superficie de nuestra estella. Están oscurecidas porque presentan temperaturas más bajas que otras áreas circundantes. En efecto, las manchas son unos 2.000 grados centígrados más “frías” que el “terreno” aledaño. Se trata de puntos en la superficie solar en los que no aflora tanto el flujo de calor desde el interior estelar por causa de fuertes campos magnéticos que “bloquean” la circulación de las corrientes de gases en las cercanías de la mancha. Las manchas solares son tan grandes que, en su interior, podrían caber planetas del tamaño de la Tierra. Como puede comprenderse, la dinámica en la formación y evolución de tales manchas depende del complejo comportamiento del campo magnético solar.

Bien, tras esta simplona explicación de un fenómeno muy complicado, volvamos a la época en que el Sol se libró de sus manchas. En concreto, desde 1645, hasta 1715, nuestra estrella prácticamente no mostró manchas en su superficie. Desde luego, no se trató de un despiste que hiciera desaparecer los registros o que nadie se molestara en registrar el número de manchas. Ni mucho menos, de hecho, se conservan registros muy detallados con más de 8000 jornadas de registros en el Observatorio de París. Revisando tales datos se puede comprobar que algo extraño estaba sucediendo. No obstante, no fue hasta que el mismísimo Wolf consultó tales archivos cuando salió a la luz el asunto. Tampoco es que supusiera una revolución, ni mucho menos, sobre todo porque prácticamente no se le hizo caso, incluso fue tachado de incompetente por algunos colegas por afirmar que el Sol había pasado por una larga época de “sequía” en cuanto a la presencia de manchas se refiere.

No fueron muchos los que siguieron por tal camino. Quedaba muy presente en la memoria el fiasco de Herschel y el trigo, así que pocos lo volvieron a intentar, no fuera que cometieran el mismo error. Como siempre queda algún pionero, allá por la década de 1880, Gustav F. W. Spörer y E. Walter Maunder publicaron sus investigaciones, en las que describían que aquella anomalía había “coincidido” con una época especialmente fría en Europa.

De nuevo, tan intrigante relación no levantó el más mínimo interés, las publicaciones quedaron ahí, olvidadas en los archivos. Esto hubiera continuado así, de no haber sido por un nuevo tipo curioso que decidió revisar viejos papeles a los que nadie hacía caso ya. En 1976, John A. Eddy, científico de la Corporación Universitaria de Investigación Atmosférica de Boulder en Colorado, Estados Unidos, retomó el hilo dejado hacía casi un siglo por Maunder. Años más tarde, se unió en la tarea el equipo de E. Nesme-Ribes y se revisaron concienzudamente los registros del Observatorio de París, entre otros. La conclusión fue sorprendente: el período de “sequía” de manchas solares había existido realmente, no se trató de falta de diligencia por parte de Wolf, no había falta de datos, sencillamente sucedió que, entre 1645 y 1715, el Sol prácticamente dejó de tener manchas. Así nació lo que se conoce hoy día como mínimo de Maunder.

De esta forma, quedaba claro que la dinámica de los fenómenos magnéticos en el Sol es muy compleja y que los ciclos de manchas solares, con sus variaciones de luminosidad y, por tanto, de la cantidad de energía solar que llega a la Tierra, algo tendrían que ver con la dinámica climática terrestre. ¿O no? La cosa sigue sin estar nada clara, pero no adelantemos acontecimientos. El mínimo de Maunder coincidió en el tiempo con la época más dura de lo que se conoció como Pequeña Edad de Hielo, pero claro, el grave problema está en que no se sabe si se trata de una simple coincidencia o existe una relación causa-efecto de algún tipo.

El intrépido John A. Eddy también se percató de algo todavía más intrigante, a saber, que la cantidad de carbono 14 presente en los anillos de crecimiento de los árboles era mayor en épocas en las que el número de manchas solares disminuía. El carbono 14 es un elemento radiactivo que se origina por el choque de rayos cósmicos con átomos de nitrógeno 14 en la alta atmósfera. ¿Y esto qué indica? Sencillamente que durante el mínimo de Maunder el nivel de actividad magnética del Sol fue considerablemente más bajo que en otras épocas, porque se formó más carbono 14 en la alta atmósfera, un carbono que fue asimilado por las plantas. Si se formó más cantidad de tal elemento radiactivo fue porque aumentó la “lluvia” de rayos cósmicos sobre nuestro planeta, debido a que los campos magnéticos del viento solar eran menores y, por tanto, también fue menor el efecto de “protección” que tales campos ejercen en la Tierra contra la llegada de rayos cósmicos, que encuentran así más trabas para alcanzar la alta atmósfera en épocas en las que los campos magnéticos del viento solar son más fuertes.

Bien, ahora llega la verdadera y más interesante cuestión de todo este lío: ¿afectan tales variaciones en la llegada de energía del Sol a la Tierra? Y, si es así, ¿en qué resulta afectada? Se sabe que el comportamiento de los ciclos de manchas solares es bastante regular, pero podría en realidad ser propio de un oscilador no lineal, como demuestra la existencia del mínimo de Maunder. Posiblemente se trate de un comportamiento caótico. Por otra parte, se sabe que tales ciclos tienen que ver con un aumento o disminución de la luminosidad solar, lo que implica, lógicamente, una pequeña variación en la cantidad de energía que alcanza la Tierra a lo largo de diversos ciclos de manchas. Por lo general, tras haberse estudiado los ciclos, se ha llegado a la conclusión de que existe al menos una variación de brillo del 0,4 por ciento entre la época de ciclos “normales” y la del mínimo de Maunder. Traducido a energía, eso supone una disminución de la energía del Sol que llega a la porción superior de la atmósfera terrestre de un watio por metro cuadrado. Simulaciones por ordenador introduciento tal variación en espacios de tiempo de varios años, indican que el efecto sobre la temperatura media de nuestro planeta sería el de una disminución de entre uno y dos grados, un valor que puede explicar por sí sólo el enfriamiento que “casualmente” se pudo registrar durante la época en que se desarrolló el mínimo de Maunder4.

Parece claro que la relación entre ciclos de manchas solares y dinámica climática terrestre es real. Igualmente, existen muchos otros fenómenos en los que se han encontrado relaciones similares, como ciertos patrones de vientos y, por supuesto, comportamientos magnéticos, la presencia de auroras o, a niveles más prácticos, problemas en comunicaciones y en navegación espacial. Pero, que la relación exista, no significa que se conozca con claridad. Del registro de la acumulación de carbono 14 en anillos de árboles, estudiando los últimos 6.000 años, se ha llegado a la conclusión de que la mayoría de las épocas con mínimos magnéticos han coincidido con épocas más frías en nuestro planeta. Por el contrario, mayor actividad solar, ha coincidido con una menor presencia de carbono 14 asimilado por los árboles y épocas más cálidas.

No se conoce de qué forma, además de en la disminución o el aumento de la energía solar que llega a la Tierra, influyen los ciclos de manchas solares en nuestro mundo. Se afirma, por ejemplo, que las variaciones en la radiación ultravioleta que llega a la alta atmósfera, podría modificar la cantidad de ozono. Lo que de verdad importa ahora mismo, en medio del debate sobre el calentamiento global, es qué parte de “culpa” tiene en el calentamiento el comportamiento solar, con ciclos de manchas muy pronunciados en los últimos años. Desde luego, el debate no está cerrado, aunque lo único que se sabe con certeza es que, después de todo, no se conoce si tal influencia es realmente importante o no, con lo que el candidato que más consenso está teniendo actualmente como “culpable” del calentamiento son los gases de invernadero, en concreto, su aumento debido a actividades antrópicas. Así está la situación pero, desde luego, la cosa dista de haberse aclarado.

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Referencias:
1 Climate change and solar variability: What’s new under the sun? Bard, E. / Frank, M. , Earth and Planetary Science Letters, 248, Agosto 2006.
2 La dinamo estelar Nesme-Ribes, E. / Baliunas S. L. / Sokoloff D., Investigación y Ciencia, 241, octubre 1996.
3 Sol cambiante Foukal, P. V. Investigación y Ciencia, 163, Abril 1990.
4 Solar forcing of regional climate change during the Maunder Minimum. Shindell, D T / Schmidt, G A / Mann, M E / Rind, D / Waple, A, Science, 294 (5549), Diciembre 2001.