El Sol es la estrella más cercana. Los fenómenos que en él tienen lugar constituyen una muestra de los mismos procesos que se dan en las estrellas lejanas. Es la única estrella cuya superficie podemos observar en detalle, lo que hace de su estudio una herramienta muy valiosa para la astrofísica en general. Las condiciones en las que se llevan a cabo los procesos en el Sol exceden grandemente las condiciones reproducibles en la Tierra, por lo que representa un invaluable laboratorio donde estudiar procesos físicos y químicos que escapan a nuestra capacidad de experimentación y donde poner a prueba los modelos que vamos construyendo. Como nuestra estrella, el Sol constituye el centro de nuestro sistema planetario y nuestra principal fuente de luz y calor. Sus emisiones determinan las características del entorno de la Tierra, condicionan el clima y son, a fin de cuentas, las responsables de la vida en nuestro planeta. Algunos fenómenos solares violentos suelen tener repercusiones en la Tierra en forma de perturbaciones geomagnéticas, auroras boreales, interferencia en las radiocomunicaciones, etc., y la Tierra necesariamente acompañará al Sol en su destino final. Por todo esto, el Sol es un objeto digno de estudio.

El estudio del Sol tiene ya una larga historia, pero lo más importante es que tiene aún un inmenso futuro. Las manchas solares se reconocieron desde el siglo XVII, pero los hoyos coronales, las oscilaciones del Sol y las variaciones de la constante solar sólo durante las últimas décadas de observaciones. La física solar está apenas tratando de consolidarse y muchos de los fenómenos básicos de la actividad solar aún no se comprenden totalmente. Mejores instrumentos y misiones espaciales más audaces se hallan ya en proceso, y seguramente los últimos años de este siglo superarán en frutos a todos los siglos anteriores de estudios solares. En las páginas de este libro hemos intentado reunir el estado actual de nuestro conocimiento del Sol, y si el lector tiene la paciencia de acompañarnos a través de todas ellas, podrá al final disfrutar de la satisfacción de saber que ya conoce, por lo menos un poco, a una estrella.

I. LA ESTRELLA QUE ALUMBRA EL DÍA

TODOS LOS DÍAS AL AMANECER

Los poetas han cantado siempre a las estrellas como reinas de la noche y, sin embargo, todos los días, al amanecer, una estrella aparece por el horizonte brindándonos hoy, como lo hizo ayer y lo hará mañana, la oportunidad de conocerla mejor. El Sol es una estrella. Muchos miles de años tardó el hombre en descubrir esta identidad que ahora a nosotros nos es tan familiar, pero debemos admitir que, efectivamente, la semejanza no es obvia. Mientras que el Sol nos presenta su enorme disco, nos deslumbra con su luz y puede hasta quemarnos con su calor, las estrellas no parecen ser nada más que pequeños puntos luminosos adheridos a una enorme bóveda, visibles solamente cuando la luz de aquél no opaca su débil resplandor. No hace aún mucho tiempo que se consideraba que la naturaleza de los cuerpos celestes era radicalmente distinta de la de los cuerpos que componen nuestro mundo. Se pensaba que el mundo sublunar (el que está más abajo de la Luna) estaba compuesto por cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego, mientras que los cuerpos celestes estaban hechos de una quinta esencia: el éter, diferente de las cuatro substancias terrestres. Mientras que todo en nuestro mundo sufre cambios y deterioros, los cuerpos celestes dan la impresión de ser eternos e inmutables, perfectos e incorruptibles.

Sin embargo, entre ellos parece haber también dos categorías: por un lado las estrellas, pequeños puntos de luz fijos a la bóveda celeste y girando con ella lentamente en el transcurso del día, y por otro unos cuerpos, que los griegos denominaron planetas —que quiere decir "errantes", "vagabundos"—, los cuales no parecen estar adheridos a la bóveda celeste, pues su posición respecto a las estrellas fijas cambia continuamente. Los cuerpos clasificados por los antiguos como planetas fueron: la Luna, el Sol, Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno, pues, en efecto, cualquier observador oficioso que escudriñe noche a noche los cielos podrá percatarse del desplazamiento de estos cuerpos respecto al fondo de las estrellas, mientras que no podrá detectar, en el transcurso de toda su vida, ningún cambio en la posición relativa de las estrellas. Sin embargo, aparte de esta diferencia, todos los cuerpos celestes eran considerados perfectos y elementales, y aun cuando el hombre ya había iniciado desde la época de los griegos el desarrollo de la física como el estudio del conjunto de reglas que gobiernan los fenómenos que ocurren en la naturaleza, ésta no incluía el estudio de los cuerpos celestes, cuya inmutable apariencia no sugería necesidad alguna de él. La astronomía hasta hace poco tiempo tenía como único fin registrar las posiciones de las estrellas y determinar el conjunto de esferas que, girando alrededor de la Tierra, pudieran dar cuenta del complejo movimiento de los planetas.

El estudio de los cielos en la antigüedad se realizó dentro de un contexto mágico. La gente creía (y algunos todavía ahora creen) que las estrellas rigen los destinos de la humanidad y que pueden observarse en el cielo señales de buenos o malos augurios, y mientras el estudio del Sol como un sistema físico es bastante reciente, la adoración del Sol como un dios es tal vez tan antigua como los primeros grupos humanos. No existe mitología en la que éste no ocupe un lugar prominente, y esto es muy natural, ya que la relación entre él y nuestro bienestar y sobrevivencia misma es bastante evidente, sin contar que su preponderante posición en la familia celeste no puede pasar inadvertida. Sin embargo, ya los griegos en el siglo V a.C. especulaban sobre la distancia y las dimensiones del Sol, y Anaxágoras afirmaba que éste debería ser tan grande como el Peloponeso y estar tan lejos como ocho millones de kilómetros. Para sus contemporáneos estas dimensiones resultaban inaceptablemente enormes: el Sol no debería ser mayor que unos cuantos kilómetros y el Universo mismo no podía ser mayor de ocho millones de kilómetros.
 

Figura 1. Trayectoria del planeta Marte contra el fondo de las estrellas vista desde la Tierra.Si se observa la posición del planeta Marte cada diez días se verá que cambia según indican las cruces, empezando por el extremo derecho de la figura. Al cabo de cuatro meses habrá descrito la trayectoria que se muestra. Trayectorias semejantes son descritas por los demás planetas, cosa que ya habían notado los antiguos y por eso distinguieron a estos cuerpos de las estrellas cuyas posiciones sobre la esfera celeste no varían.

También Anaxágoras sugirió que un meteorito que cayó en Aegospotami durante el día provenía del Sol, por lo que éste debería ser una masa de hierro al rojo vivo. Sin embargo, pasaron más de 2 000 años antes de que se intentara un estudio sistemático del Sol como un cuerpo físico. Siguió, siendo considerado un objeto celeste, y por ende perfecto e inmutable, hasta que los rudimentarios telescopios del siglo XVII empezaron a escudriñar los cielos y a descubrir que, por lo menos los "planetas", eran sistemas complejos, con características superficiales marcadas y nada "divinos". Fue finalmente Galileo quien en ese siglo emprendió una observación telescópica sistemática de los cuerpos celestes más cercanos y trazó bosquejos de la Luna, mostrando su accidentada superficie; encontró que Venus no tiene luz propia, sino que sólo refleja la luz del Sol; que Júpiter posee una superficie listada y una corte de satélites; que Saturno tiene anillos y que el Sol es un cuerpo esférico que gira y en cuya superficie se pueden distinguir ciertas zonas menos brillantes que se observan como manchas. Así se fue descubriendo que estos cuerpos vagabundos no son en realidad de naturaleza distinta a los objetos terrestres y poco a poco el hombre adquirió confianza para tratarlos con el mismo rasero.
 

Figura 2. Dibujos de Galileo de la superficie lunar. Al enfocar el telescopio hacia la luna, Galileo pudo observar lo accidentado de su superficie y destacó su semejanza con la de la Tierra, con sus valles y cadenas montañosas. Hizo notar que la Luna no era tan lisa, uniforme y perfectamente esférica como los filósofos afirmaban eran todos los cuerpos celestes.

Poco después empezó a ganar aceptación la imagen de un sistema solar; el hombre, que durante miles de años había considerado a la Tierra como centro inmóvil del Universo, acabó por rendirse a la evidencia de que su mundo no era sino uno más de los planetas. Un nuevo sistema universal, con el enorme y bullante Sol establecido en el centro, rodeado por seis planetas opacos(1) pendientes de su luz, algunos de los cuales a su vez poseen satélites girando en torno a ellos, empezó a volverse familiar y el estudio del Sol como un cuerpo físico empezó a dar sus primeros pasos. Con Newton, hacia finales del siglo XVII, la física de la Tierra se extendió hacia los cielos y el Sistema Solar se aceptó como compuesto por el mismo tipo de materia en todas partes y sometido a un único conjunto de leyes rigiendo su comportamiento. Finalmente el Sol dejó de ser motivo de adoración divina para convertirse en objeto de estudio científico. Pronto se tuvieron cálculos más precisos de su tamaño y lejanía y se encontró que su volumen es ¡un millón trescientas mil veces más grande que el de la Tierra! y que se encuentra separado de nosotros una distancia media de alrededor de ¡150 millones de kilómetros!, cantidades que exceden por mucho las atrevidas estimaciones de Anaxágoras.

LAS ESTRELLAS SON SOLES

Pero las estrellas seguían siendo un tema aparte. Nada parecía indicar que no fueran puntos fijos de luz adheridos a una esfera rígida que rodeaba al Sistema Solar. Ya a principios del siglo XVIII, Halley había hecho notar que por lo menos tres estrellas no ocupaban el mismo lugar que les asignaron los griegos y las diferencias eran tan grandes que él no podría creer que fueran errores, sino que pensó más bien que estas estrellas se habían desplazado. Nadie tomó muy en serio esta afirmación, pero hacia finales de ese mismo siglo las minuciosas observaciones telescópicas de Piazzi le permitieron advertir otra estrella que no estaba exactamente donde se le había observado siglos atrás. Muchos años de mediciones precisas posteriores permitieron verificar que efectivamente esta estrella se movía, y se le consideró como una estrella peculiar a la que Piazzi llamó "estrella volante". Observaciones con mejores telescopios en el siglo XIX mostraron que la estrella volante de Piazzi no era excepcional, sino que lo que nos impide apreciar los movimientos de las otras estrellas es que se encuentran por lo menos cientos de millones de veces más lejos que el Sol. ¡El Universo empezaba a resultar mucho más grande de lo que se había imaginado hasta entonces!, y pronto quedó claro que las estrellas no estaban todas sobre una esfera, sino que se encontraban esparcidas en un bastísimo espacio, algunas cercanas al Sol y otras mucho más distantes. Pero la conclusión más interesante de todo esto fue que si las estrellas, estando tan lejos, se nos presentan como puntos brillantes, entonces deberían ser enormes y poderosamente luminosas: ¡las estrellas deberían ser otros soles! Deberían ser enormes masas gaseosas incandescentes, tan enormes o más que nuestro Sol, tan calientes o más que nuestro Sol, tan activas o más que nuestro Sol y posiblemente poseedoras de sistemas planetarios como el nuestro. Qué pequeño se ha de haber sentido el hombre entonces.

Figura 3. Cúmulo estelar. Todas las estrellas que observamos en el cielo, aunque nos parezcan simples puntos de luz, son cuerpos semejantes a nuestro enorme e incandescente Sol, pero se encuentran tan lejanas que nos parecen diminutas. Algunas de las estrellas mostradas en esta fotografía son incluso más grandes y brillantes que el Sol, el cual es sólo una estrella de medianas proporciones.

Hoy sabemos que el Sol no es más que una estrella, una entre miles de millones de estrellas que pueblan nuestro vasto y tal vez infinito Universo; que no hay nada de mágico en los cielos y que nada en la naturaleza es perfecto, estático e incorruptible. La astronomía moderna trata del nacimiento, la evolución y la muerte de las estrellas, y especula sobre el principio y el fin del Universo. Muchas decepciones se ha llevado el hombre andando el camino de la ciencia, pero estas decepciones, que han disminuido el tamaño de lo divino, le han dado en cambio una gran dimensión a lo humano. Lentamente hemos aprendido a observar al Sol y a las demás estrellas con diferentes ojos y se ha ido tratando de construir una física que explique las observaciones. La física solar, término acuñado en los primeros años de este siglo, es hoy en día una de las disciplinas que mayores esfuerzos y recursos consumen en la investigación del mundo fuera de la Tierra, y grupos cada vez mayores de hombres y mujeres de ciencia se aglutinan en diversas instituciones de muchas nacionalidades con el propósito único de comprender mejor a nuestra estrella. Se trata de entender en el Sol a las demás estrellas y se utiliza también el conocimiento que se tiene de éstas para entender mejor a nuestro Sol. Después de todo, son primos hermanos y el aire de familia ya no puede pasar inadvertido.

MIEMBRO DE UNA GRAN FAMILIA

Los astrónomos suelen clasificar a las estrellas, pues existen diferentes tipos de ellas. El Sol, con base en su temperatura y su tamaño se conoce como una estrella enana del tipo G2(V); este tipo de estrellas es de color amarillo, con temperatura superficial del orden de 6 000°C, más calientes que las estrellas rojas pero más frías que las azules, y son moderadamente brillantes. Aunque para nosotros resulta deslumbrante debido a su cercanía, existen estrellas que son decenas de miles de veces más brillantes que él, pero también hay otras decenas de miles de veces más tenues. No es una estrella grande (tiene sólo alrededor de un millón 400 000 kilómetros de diámetro), las hay 30 millones de veces más grandes; pero con el reciente descubrimiento de la gran cantidad de estrelluelas que llenan el firmamento, resulta de un tamaño bastante decoroso. Es una estrella de mediana edad —aproximadamente de 5 000 millones de años— y con una masa de dos quintillones de kilogramos, menor a la necesaria para convertirse algún día en supernova.

El Sol es una de los cientos de miles de millones de estrellas que forman nuestra galaxia, la galaxia de la Vía Láctea, la cual convive con alrededor de otras 20 galaxias en el llamado grupo local, que es uno de tantos conjuntos de galaxias en nuestro vasto Universo, compuesto por al menos 10 000 millones de ellas. No es un cuerpo sólido, sino gaseoso, como todas las estrellas, con una densidad media de 1.4 veces la densidad del agua. Como todas las estrellas, el Sol gira, completando una vuelta en aproximadamente 27 días, pero como no es sólido, sus regiones ecuatoriales giran más rápido que las polares. Algunas observaciones han sugerido que su diámetro polar es 70 kilómetros menor que el diámetro ecuatorial, pero prácticamente puede considerarse esférico, a diferencia de algunas estrellas que giran muy rápidamente y son esferoides fuertemente aplanados.

Su distancia media a la Tierra, a la cual se le llama una unidad astronómica, es de aproximadamente 150 millones de kilómetros. Esta distancia no es constante pues la Tierra describe una órbita elíptica alrededor del Sol, con éste en uno de los focos, de manera que a lo largo del año la Tierra está unas veces más lejos y otras más cerca de él. La mínima distancia se da el 3 de enero y es de 143 103 000 kilómetros, y el 4 de julio es cuando está más lejos, a 152 106 000 kilómetros. Al plano de la órbita de la Tierra alrededor del Sol se le llama eclíptica y casi todas las órbitas de los demás planetas están en planos muy cercanos. El ecuador solar no está exactamente en el plano de la eclíptica, sino que está indinado unos 7 grados respecto a él. La vecina más cercana del Sol está realmente lejos, a 40 billones de kilómetros; se trata de Alfa-Centauro, que en realidad es un sistema de tres estrellas, dos de ellas muy semejantes al Sol y la tercera bastante más pequeña y débil. Como un billón de kilómetros es una distancia que está más allá de nuestra capacidad de imaginar, para medir distancias estelares suelen usarse los años-luz; un año-luz es la distancia que la luz recorre en un año y como la luz en el espacio viaja a casi 300 000 kilómetros por segundo, un año luz equivale a 9.5 billones de kilómetros, aproximadamente. En estas unidades, Alfa-Centauro se encuentra a 4.3 años luz de distancia del Sol, lo cual quiere decir que si pudiéramos viajar a la velocidad de la luz, tardaríamos 4.3 años en llegar a Alfa-Centauro. En tiempo luz, la distancia de la Tierra al Sol es simplemente de ocho minutos, lo que nos da una idea de lo lejos que está la estrella más cercana. Si viajáramos hacia ella en un vehículo espacial como el Voyager, tardaríamos en llegar 135 000 años, más de 30 veces el tiempo que ha transcurrido desde que apareció la primera cultura humana sobre la Tierra. Nuestra galaxia entera, que es una galaxia espiral como hay tantas en el Universo, tiene 120 000 años luz de diámetro y se estima que el Universo se extiende a una distancia no menor de 16.000
millones de años luz.


 

Figura 5. La galaxia de Andrómeda. En cualquier imagen que observamos del cielo, ya sea directamente o en fotografía vemos simultáneamente épocas muy distintas. La luz que surge de los objetos celestes no llega a nuestros ojos instantáneamente, sino que ha viajado por el espacio durante años, miles de años y hasta miles de millones de años. Así las imágenes de los cuerpos más lejanos corresponden a como eran en tiempos muy remotos. La luz que recibimos hoy de los objetos más distantes conocidos fue emitida casi en el inicio de nuestro universo. Esta imagen de la galaxia de Andrómeda, una de nuestras vecinas más cercanas, aunque tomada sólo hace algunos años, nos muestra la imagen de esa galaxia hace más de dos millones de años.

Aquí vale la pena hacer una reflexión. Dijimos que el Sol está a ocho minutos luz, lo que implica que a la luz del Sol le toma ocho minutos viajar hasta la Tierra, o sea que la imagen que vemos del Sol tiene ocho minutos de retraso. En el caso del Sol esto es insignificante, pero ya para Alfa-Centauro su distancia implica que vemos ahora la luz que salió de ella hace cuatro y medio años y para cualquier otra estrella es mucho más. Así podemos imaginarnos las implicaciones que tiene para la observación del Universo el que la transmisión de la luz no sea instantánea. Mientras más lejos estén los objetos que observamos, más viejas serán las imágenes que recibimos de ellos y si pensamos en que muchas de las estrellas que podemos observar están a miles y hasta miles de millones de años luz, podemos darnos una idea de la experiencia tan fantástica que representa la observación del cielo, en la que estamos recibiendo imágenes de muy distintos tiempos a la vez. No es posible tener una imagen instantánea de todo el Universo; no podemos saber como es en realidad AHORA. Mucho de lo que vemos tal vez ya ni siquiera existe y las imágenes de los objetos y sucesos nuevos todavía no las hemos recibido, aunque nuevo pueda implicar un tiempo de existencia aún mayor que la edad de nuestro planeta para objetos muy lejanos, y casi hasta la creación misma del Universo para los objetos en los límites observables.

NOTAS : (1) Los seis planetas del sistema solar primitivo eran: Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Júpiter y Saturno. Urano, Neptuno y Plutón se descubrieron mucho después.

II. LA LUZ DEL SOL

EL SOL FUENTE DE VIDA

Toda la vida en la Tierra depende del Sol. Sin él no habría plantas ni animales y la Tierra sería como un mundo oscuro, helado y muerto. Nuestro planeta recibe del Sol aproximadamente dos calorías por centímetro cuadrado cada minuto, una cantidad tan grande que si los habitantes de la ciudad de México tuviéramos que pagar por el kilowatt hora de luz solar que recibimos lo mismo que pagamos por la energía eléctrica, deberíamos pagar más de 500 000 millones de pesos diarios. Esta energía se emplea en el calentamiento de la Tierra, en la destilación del agua de los océanos, en los procesos químicos de las plantas. Toda nuestra comida y la renovación del oxígeno que respiramos dependen del Sol; nuestros combustibles fósiles son principalmente energía solar almacenada y las especies vivas de hoy representan el resultado de una evolución de miles de millones de años que ha sido mantenida por la constante luz solar. Hace más de 4 000 millones de años que el Sol ha estado calentando e iluminando a la Tierra y gracias a ese continuo calentamiento estamos ahora nosotros aquí. Es difícil imaginarse la gran cantidad de energía que el Sol emite y de la cual la Tierra intercepta sólo una parte en 2 200 millones. Si la energía que emite el Sol pudiera hacerse pasar por un "cable" de hielo de tres kilómetros de diámetro y de 150 millones de kilómetros de largo hasta llegar a la Tierra, este cable se evaporaría en menos de ocho segundos.

Como la intensidad de la luz solar disminuye con el cuadrado de la distancia al Sol, los planetas que se encuentran más cerca de él reciben más energía por centímetro cuadrado por minuto y los planetas lejanos reciben menos. La Tierra fue el planeta afortunado del Sistema Solar: la energía recibida del Sol fue la adecuada para el florecimiento de la vida. Hasta donde sabemos, no existe en nuestro sistema ningún otro cuerpo en que se encuentren organismos vivos ni siquiera en estados primitivos de desarrollo. En las últimas décadas de este siglo, en las que hemos adquirido conciencia de la gran fragilidad de la vida y del enorme poder de destrucción que somos capaces de ejercer los seres humanos, se ha generado un interés casi desesperado por encontrar formas de vida en otras partes del Universo, o por lo menos de convencernos de que esto es posible. Existen serios proyectos científicos que intentan establecer comunicación con otras civilizaciones en otros sistemas planetarios o por lo menos pretenden averiguar si tales civilizaciones existen. La posibilidad de estar solos en el Universo nos causa ahora mayor pesadumbre que nunca antes. Cuando el Universo se reducía a nuestra Tierra, rodeada por una cercana y cristalina esfera celeste, tachonada de estrellas y conteniendo al Sol y a la Luna, una sola raza humana parecía ser más que suficiente; pero ahora que el Universo se ha vuelto tal vez infinito, sentimos necesidad de compañía.

Por fortuna, las posibilidades de vida en el Universo son bastante grandes. Hasta donde entendemos el proceso de la vida y las características de nuestro Universo, es muy probable que existan muchos otros planetas, girando alrededor de muchas otras estrellas, donde habiten actualmente seres vivos o puedan habitar en el futuro. Realmente sería muy sorprendente que los procesos que generaron la vida en la Tierra no se estén y se hayan dado ya en otros lugares del inmenso espacio poblado por cientos de trillones de estrellas, muchas de ellas semejantes a la nuestra. La dificultad de percibir su presencia radica en las inmensas distancias que nos separan, que incluso a los mensajes que viajan a la velocidad de la luz les toma muchos años recorrer; pero cada vez existe una confianza mayor en que no estamos solos en el Universo. Seguramente otros soles en otras partes del cosmos estan también siendo empleados para mantener vida.

LUCES QUE VEMOS Y LUCES QUE NO VEMOS

Cuando hablamos de la energía emitida por el Sol nos referimos a la luz; más específicamente a ondas electromagnéticas. Es en esta forma como el Sol envía la mayor parte de la energía que recibe la Tierra y la que ésta emplea en su calentamiento y en todos los otros procesos a que hemos hecho mención en la sección anterior. Las ondas electromagnéticas se distinguen unas de otras por su frecuencia (ciclos por segundo) o su longitud de onda. Las ondas más largas —de menor frecuencia— son las ondas de radio, cuya longitud de onda puede ser desde más de mil kilómetros hasta unos cuantos metros. Las ondas electromagnéticas de longitudes entre un metro y un milímetro se llaman microondas y tienen frecuencias mayores que las ondas de radio. Siguen después los rayos infrarrojos, que son las ondas electromagnéticas que se encuentran entre microondas y el rojo, que es el primer color, o la frecuencia más baja que el ojo humano puede detectar. Entre 700 y 400 milimicras de longitud de onda se encuentran las ondas electromagnéticas visibles, que es lo que propiamente llamamos luz, y va desde el rojo hasta el violeta. Solamente en este rango de longitudes de onda es sensible el ojo humano; las frecuencias correspondientes para el intervalo visible son de cientos de billones de ciclos por segundo. Las ondas electromagnéticas de frecuencias más altas que las visibles (longitudes de onda más cortas) son: la luz ultravioleta, los rayos X y los rayos g (1); estos últimos comprenden hasta longitudes de onda menores que una billonésima de metro y hasta frecuencias superiores a miles de trillones de ciclos por segundo. Todas estas ondas constituyen el espectro electromagnético.

Figura 6. Espectro electromagnético y ventanas atmosféricas. Las radiaciones electromagnéticas cubren una amplia gama de longitudes de onda entre las que se encuentran aquellas que podemos ver y que llamamos luz. Las radiaciones de longitudes de onda menores que la luz son los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos g. Las radiaciones con longitudes de onda mayores son el infrarrojo, las microondas y las ondas de radio. Nuestra atmósfera impide el paso de la mayor parte de estas radiaciones hasta la superficie y sólo deja penetrar aquellas que se encuentran en dos "ventanas": una en la región visible y otra en la región de las radioondas.

Fue James Clerk Maxwell, ingeniero y físico escocés, quien a mediados del siglo pasado propuso que la luz era una onda electromagnética; pero muy poca gente tomó en cuenta su proposición. Nueve años después de su muerte, en 1888, un ingeniero alemán, Heinrich Hertz, pudo producir por primera vez ondas electromagnéticas, aunque las ondas producidas por Hertz tenían longitudes de onda mucho mayores que las de la luz; eran ondas de radio. No tardó en demostrarse que todo era cosa de variar la longitud de onda (o la frecuencia) y se podría obtener toda una gama de ondas electromagnéticas entre las cuales estaba comprendida la luz. Desde principios del siglo pasado se conocían ya los rayos infrarrojos y ultravioleta. Los rayos infrarrojos fueron descubiertos alrededor de 1800 por William Herschel quien, trabajando con filtros en un telescopio para observar el Sol, encontró que algunas veces sentía calor aun cuando sus filtros estuvieran bloqueando toda la luz. Para estudiar las posibles causas de este efecto, hizo pasar la luz solar por un prisma para separar los diferentes colores, y fue colocando un termómetro en las zonas iluminadas por cada uno de ellos. Encontró que conforme se movía el termómetro hacia el rojo la temperatura aumentaba y si lo colocaba más allá, donde ya no se veía ninguna luz, la temperatura aumentaba rápidamente. Así quedó demostrado por primera vez que existe luz que no vemos. Los rayos ultravioleta fueron descubiertos en 1801 por Johann Wilhelm Ritter, cuando experimentaba con los espectros de la luz en las sales de plata. Descubrió que éstas también se oscurecían si las colocaba más allá del extremo violeta de un espectro solar dispersado por un prisma.

 

Figura 7. El espectro de emisión del Sol. El Sol emite la mayor parte de su energía en la región de la luz visible y en el infrarrojo; también es considerable su emisión en el ultravioleta cercano. La emisión en longitudes de onda menores que el ultravioleta o mayores que el infrarrojo es sumamente pequeña en condiciones normales.

Los rayos X y los rayos g se descubrieron a finales del siglo pasado. Los rayos X fueron descubiertos por Wilhelm Röentgen en 1895 al encontrar una radiación invisible capaz de penetrar los músculos y trazar la sombra de los huesos sobre una pantalla fluorescente; por ser ésta hasta entonces una radiación desconocida, él la bautizó con el nombre de rayos X. Los rayos g fueron descubiertos un año después por Henri Becquerel cuando sus placas fotográficas se velaron al ser colocadas cerca de un trozo de uranio, a pesar de estar envueltas en papel protector de la luz. Se les llamó g porque corresponden a una de las tres emisiones descubiertas originalmente en los elementos radiactivos naturales, las cuales fueron nombradas como las tres primeras letras del alfabeto griego: alfa (a), beta (b) y gamma (g); las emisiones a y b son partículas y sólo g es emisión electromagnética.

El Sol emite energía en todas las longitudes de onda: desde los ultracortos rayos g hasta las gigantescas ondas de radio; sin embargo, no emite la misma cantidad de energía en todas ellas. Aproximadamente el 40% de la energía emitida por el Sol está en la porción visible del espectro y 50% en el infrarrojo; casi todo el resto está en el ultravioleta. La emisión continua de rayos X y de ondas de radio del Sol es sumamente baja y sólo aumenta esporádicamente debido a la ocurrencia de ciertos eventos solares explosivos. También en estos eventos suelen emitirse rayos g, pero no parece haber una emisión continua de ellos. En capítulos posteriores se discutirá cómo y desde qué partes del Sol se emiten los diferentes tipos de radiaciones electromagnéticas.

NUESTRA ATMÓSFERA PROTECTORA

Hemos dicho que el Sol emite radiación electromagnética en todas las longitudes de onda, pero no todas ellas llegan a la superficie de la Tierra ¡afortunadamente! Nuestra atmósfera sólo permite la penetración de la radiación que se encuentra en dos regiones específicas del espectro: la región visible y una región de ondas de radio (de un mm a 30 m) que incluye las microondas. A estas dos regiones se les llama ventanas atmosféricas, y toda la radiación proveniente del exterior con longitudes de onda distintas de éstas es absorbida o dispersada por la atmósfera y no llega al suelo. Hasta hace aproximadamente 50 años, el hombre había observado el mundo exterior solamente a través de una de ellas: la ventana óptica, es decir, la de la luz visible. No es coincidencia que sea precisamente ese tipo de luz la que pueden ver nuestros ojos, y los de casi todos los otros animales que viven en la superficie de la Tierra; después de todo somos el resultado de un proceso evolutivo en el que las especies que generaron ojos para ver otras radiaciones quedaron en tinieblas y consecuentemente en desventaja respecto a los que sí podían ver. Durante milenios, el hombre escudriñó el Universo con el único aparato de que disponía para registrar ondas electromagnéticas: sus propios ojos, y creyó que eso era todo lo que había que observar.

En los años treinta de este siglo, se detectaron por primera vez señales de radio provenientes del espacio y se descubrió la otra ventana. El Universo se amplió y una gran cantidad de información nueva y sorprendente inundó a la astronomía. Sin embargo, la intensidad de las señales recibidas por esta segunda ventana es enormemente pequeña comparada con la recibida en el visible; se ha dicho que la energía empleada en pasar la hoja de un libro es mucho mayor que toda la energía que se ha recibido en radioondas desde el inicio de la radioastronomía. Se requieren pues enormes antenas y diseños electrónicos muy sensibles para poder atisbar el Universo. Los observadores de la otra ventana tenían todo para ganar en la evolución.

Sin embargo, aunque parados sobre la superficie de la Tierra sólo tengamos una imagen parcial del mundo externo, esto representa para nosotros dos grandes ventajas: primero, el que la radiación ultravioleta y de onda más corta no penetre hace posible que se mantenga la vida, pues estas radiaciones son letales. Afortunadamente, la mayor parte de la radiación de alta energía es absorbida por los átomos y moléculas de las capas superiores de la atmósfera, con lo que las moléculas se disocian y los átomos pierden algunos de sus electrones, convirtiéndose en iones. Así, por encima de los 50 kilómetros de altura nuestra atmósfera contiene una gran cantidad de iones y electrones libres, formando lo que se conoce como la ionósfera. Gran parte de la radiación ultravioleta de menor energía no es absorbida en estas capas, pero es bloqueada por otra capa inferior, centrada alrededor de los 25 kilómetros de altura, donde se encuentra en abundancia una molécula triple de oxígeno llamada ozono. Esta molécula absorbe el ultravioleta para disociarse e impide así el paso de esta radiación a la superficie. Sin la capa de ozono, el Sol, nuestra fuente de vida, se volvería mortal. Por otro lado, la ionósfera misma constituye un espejo que refleja las ondas de radio y esto también representa una ventaja, pues permite las radiocomunicaciones aun entre puntos muy distantes sobre la Tierra. Esta capa reflectora regresa a la Tierra las señales emitidas por las antenas de comunicación y permite que alcancen puntos incluso por debajo del horizonte. Así pues, nuestra atmósfera representa una capa protectora, sin la cual la vida no sería posible, y un conveniente reflector de radioondas en apoyo de nuestras comunicaciones.