Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

El viento solar

La reciente Cumbre de la Tierra en Johannesburgo ha confirmado una de las preocupaciones de la Humanidad, la del presunto calentamiento global de la atmósfera por influencia de las actividades humanas. El debate científico y social al respecto es complejo y las presiones políticas e intereses económicos juegan un papel muy importante.

La opinión que podemos considerar como dominante es la que responsabiliza del fenómeno a la emisión de gases productores del efecto invernadero. Esta postura es la defendida por el IPCC o Panel Intergubernamental sobre el cambio Climático de las Naciones Unidas. Sin embargo, en la regulación climática de la Tierra, intervienen múltiples factores y complicados mecanismos de retroalimentación que solo ahora estamos comenzando a conocer. Un ejemplo de ello es el papel del Sol y, dentro de él, el conocido como viento solar.

SOL. Nadie duda de que el Sol es el principal modulador del clima terrestre. Es evidente la evolución anual de las estaciones conforme el eje de rotación de la Tierra se inclina hacia o contra la dirección del Sol. Por otra parte, diversas investigaciones abonan la existencia de una relación entre los ciclos de manchas solares y años más o menos cálidos, pero, en los últimos dos siglos ha sido un tema debatido científicamente el de la influencia de los cambios de la emisiones energéticas solares sobre el clima de la superficie terrestre.

El Sol es algo mucho más complicado que una bola gaseosa homogénea caliente. En su centro la temperatura supera los 16 millones de ºK, la presión es unos mil millones de veces la atmosférica terrestre, y la densidad 160 veces la del agua. Por ello, en solo el 1,6% de su volumen se concentra más de la mitad de su masa. Es en esa "pequeña" región central donde tiene lugar la reacción nuclear básica solar productora de energía por la que, en cada segundo, 650 toneladas de hidrógeno se transforman en 645,5 toneladas de helio, con una pérdida de 4,5 toneladas por segundo. Pero como la masa solar total es 100 trillones de veces superior, cuando dentro de unos 5000 millones de años el Sol comience a envejecer y a transformarse en una gigante roja, tan solo habrá perdido una milésima parte de su masa actual.

Desde ese incandescente centro solar la energía se transporta por radiación (sucesivas radiaciones y absorciones) hasta unos tres cuartos del radio solar, donde la temperatura ya se ha reducido a un décima parte. El transporte energético, hasta llegar a la superficie solar, cambia entonces de radiactivo a convectivo. Ello hace que la luz, o energía, tarde en llegar a la superficie, desde el lugar de producción, un millón de años, en lugar de los dos segundos en que lo haría si se trasladase directa y libremente. Esto es de gran importancia para la vida y para nosotros pues asegura que el suministro solar de energía sea mucho más estable e independiente de las fluctuaciones que pueden ocurrir en el centro del Sol.

Pero lo que más nos interesa es la superficie solar. Su temperatura supera los 6000 º Kelvin y el ritmo de emisión de energía equivale al de la explosión de cien mil billones de toneladas de TNT ¡por segundo!. Sobre esta fotosfera o superficie solar visible se encuentra la cromosfera, a base de hidrógeno y con un color rojizo característico, y la corona, de tamaño comparable al propio Sol, observable durante un eclipse total. Está compuesta por gas hidrógeno tenue y caliente (varios millones de ºK) cuyos átomos se han disociado en núcleos y electrones. La temperatura es tan alta que la gravedad del Sol es insuficiente para atraer a la corona que tiende a escaparse, como comentaremos inmediatamente.

VIENTO. ¿Qué es el "viento solar"?. Desde tiempos remotos se conocía que los cometas solían presentar unas prolongadas colas. En 1943 se observó que las colas se orientaban en sentido contrario al Sol, independientemente de que el cometa se acerque o aleje del mismo. Ello condujo a que, 8 años después, Ludwig Biermann propusiera que la causa del fenómeno era la existencia de una fuerte radiación corpuscular procedente del Sol. Por otra parte, en 1958, los científicos elaboraron una hipótesis sobre el equilibrio en la estructura de corona solar en la que jugaba un papel importante esa radiación corpuscular solar o viento solar. Pero hubo que esperar al lanzamiento de sondas espaciales para comprobarlo. Así ocurrió, en 1960, gracias a los datos proporcionados por la sonda soviética Lunik 2 y por la sonda Explorer 10 de la NASA.

Hoy sabemos que el viento solar son los propios constituyentes de la corona solar, más de un millón de toneladas de material ionizado por segundo (94% protones, con electrones, helio y otros iones acompañantes), que se expande hacia el espacio exterior a una velocidad entre 200 y 1000 km por segundo. Ello significa que a la Tierra llega un flujo de unos cien millones de protones por centímetro cuadrado y segundo, un peligro para la biosfera evitado gracias a la acción combinada de la atmósfera y del campo magnético terrestre. La nave espacial Ulises o el satélite ACE han realizado observaciones sobre el viento solar como que los cambios en su velocidad sacuden el campo magnético terrestre y originan las tormentas de la magnetosfera terrestre.

La labor de erosión del viento solar sobre la atmósfera es más intensa en los planetas menos protegidos y más cercanos al Sol, como ha ocurrido con Mercurio. En la Tierra nuestro fuerte campo magnético protector hace que las pérdidas atmosféricas producidas por la acción erosiva del viento solar se reduzcan a unos dos kilos por segundo, por lo que la destrucción total de la atmósfera terrestre popr acción del viento solar necesitaría el transcurso de unos cincuenta mil millones de años.

CLIMA. Los rayos cósmicos galácticos son otra importante fuente energética que alcanza a la Tierra. Su origen, al menos parcial, está en las ondas de choque generadas en la explosión de estrellas supernovas, aunque el origen de los rayos cósmicos de muy alta energía es aun indeterminado. Son principalmente protones (80-85% del total), helio o partículas alfa (12% del total), electrones y positrones (2%), otros átomos e iones, así como una pequeña proporción de rayos gamma.

Recientemente se descubrió la existencia de correlación entre la intensidad de los rayos cósmicos que inciden sobre la Tierra y diversos fenómenos que afectan al clima, entre los que destaca sobre todo la cantidad de cubierta nubosa global, observándose que en los periodos en los que se registraban mayores intensidades de rayos cósmicos aumentaba globalmente la capa nubosa. Más recientemente, se ha aclarado que la causa principal en las oscilaciones del número de rayos cósmicos recibidos en la Tierra se debe a las variaciones en el flujo de viento solar ya que este actúa como un escudo protector frente a los primeros. En los periodos con una emisión más intensa de viento solar, que coinciden con un mayor número de manchas solares, se produce un aumento en la densidad de partículas del viento solar, incrementándose las colisiones con los rayos cósmicos, obstaculizando su llegada a la Tierra.

Como la dilucidación de los factores que afectan el clima es un asunto de gran interés, para estudiar los efectos del viento solar y de los rayos cósmicos científicos de 17 instituciones y universidades internacionales han propuesto e iniciado el proyecto CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets). Se fabricará una cámara especial de nubes para reproducir las condiciones existentes en la atmósfera (algo no conseguido hasta la fecha), en la que se analizarían los efectos de un haz de rayos cósmicos ajustable. Como fuente para el mismo se ha propuesto la utilización del Sincrotrón de Protones (Super Proton Synchrotron accelerator o SEP) del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN).