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Las llamaradas solares


El Porqué de las cosas

¿Por qué se producen llamaradas solares?

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Imagen tomada por el satélite SOHO durante una tormenta solar. NASA

112   Antonio Ruiz de Elvira…. 18 OCT 2015 15:16 h

Hace unos días, El Mundo publicó un artículo sobre las llamaradas solares que pueden distorsionar, y de hecho distorsionan durante tiempos breves todo el sistema de comunicaciones basado en la transmisión de señales mediante ondas electromagnéticas, desde las ondas de radio a las visibles.

El Sol es un fluido cargado muy tenue, un plasma en el cual los átomos de hidrógeno, que forman el 91% de sus átomos o el 71% de su masa, no existen como tales, sino que están separados en protones y electrones. La energía que se genera en el Sol sobrepasa el entendimiento medio de los seres humanos, que necesitamos relacionar lo que estudiamos o visualizamos con las medidas de fenómenos a nuestra escala.

Los sistemas de mayor energía que hemos construido, lamentablemente, para producir destrucción, son las bombas de hidrógeno. Cada una de las grandes, las de 20 megatoneladas de TNT, tiene alrededor de una vigésima parte de la energía de un huracán o tifón, aunque mucho más concentrada en el espacio y en el tiempo.

Una única llamarada solar, que se produce en una minúscula región del Sol, tiene la energía de mil millones de bombas de hidrógeno de veinte megatones.

Son números que se hacen casi imposibles de comprender.  ¿Cómo se producen?

Hay científicos que, en su soberbia, piensan que en 20 años podríamos tener una ”Teoría del Todo”, algo así como si un religioso afirmase que en 20 años sería capaz de explicar totalmente a su dios. Pues bien, en 2015 no sabemos aún a ciencia cierta por qué se producen esas tormentas, esas tremendas llamaradas de energía.

El Sol, como he dicho arriba, es un plasma, un fluido, cargado, pero un fluido al fin y al cabo. Y aunque hemos avanzado razonablemente a la hora de comprender muchas cosas de la materia en estado sólido (testigo son desde los ordenadores a los smart-phones a las televisiones, por ejemplo) desconocemos aún, hoy, muchísimo del comportamiento de los fluidos no cargados (aire, agua) y menos incluso de los fluidos cargados.

Los fluidos son sistemas complejos no lineales, como las sociedades humanas. Este tipo de sistemas funciona mediante la cooperación entre muchos de sus componentes en fenómenos denominados colectivos (las rabias, gritos y desolaciones de 100.000 espectadores en un partido de fútbol, por ejemplo) que generan inestabilidades que llevan a esos sistemas a situaciones extremas.

Los plasmas, además del comportamiento fluido, están cargados. Al moverse una corriente fluida con cargas se produce una corriente eléctrica. Las corrientes eléctricas variables en el tiempo, o que dan vueltas en el espacio, generan fuerzas a su alrededor (ese alrededor pueden ser millones de kilómetros o más) de manera que el espacio se llena de esas fuerzas: denominamos a esto un ”campo” de fuerzas eléctricas, magnéticas y electromagnéticas.

Los campos magnéticos son muy débiles comparados con los campos eléctricos, pero tienen una característica enormemente importante. Las líneas de cualquier campo marcan las direcciones de las fuerzas en el espacio. El campo eléctrico no se cierra sobre si mismo: las fuerzas que salen de una carga eléctrica inmóvil se extienden hasta cualquier distancia que podamos imaginar. Las líneas del campo eléctrico de una única carga no se cierran. Sin embargo, las fuerzas que se generan cuando las cargas eléctricas se mueven, producidas por las corrientes eléctricas, se cierran en sí mismas, yendo de un ”Polo Sur” hasta un ”Polo Norte” magnéticos, y del Norte al Sur. La razón es evidente: El campo de fuerzas magnéticas esta creado por una corriente electrica variable, y la existencia de la corriente implica un circuito cerrado. Puesto que son líneas cerradas, mueven las cargas eléctricas en circuitos finitos, y pueden concentrar esas cargas en espacios muy pequeños.

Imaginemos una corriente de agua sometida a una gran diferencia de presiones, y concentremos toda esa corriente de agua en una superficie de, en escala humana, un cuadrado de un centímetro de lado. La fuerza sobre ese centímetro cuadrado se hace enorme.

Pensemos en un esquema de campos magnéticos en el Sol que concentran la energía de electrones, protones, iones y, arrastrados por la corriente fluida, átomos de Helio, por ejemplo, acelerados por las fuerzas del campo magnético y concentrados en pequeñas regiones.

Una descripción posible de los sistemas fluidos los asimila matemáticamente con estructuras del tipo silla de montar (hiperboloides parabólicos).

Hay dos direcciones en la silla que concentran un fluido que baje de los lados elevados hacia el centro y una vez allí puede escapar por los lados.

Los campos magnéticos en zonas solares donde estos tienen gran intensidad, las regiones activas del Sol, pueden unirse entre sí en las zonas de concentración de las sillas de montar. Esa unión a veces genera campos magnéticos que se separan de los demás formando un cilindro en hélice de altísima energía, que se desplaza hacia el exterior del Sol y finalmente lanza al espacio las partículas cargadas y neutras de su interior.

Ahora bien, esta es una posibilidad pero no sabemos exactamente si el fenómeno discurre así, ni somos capaces de explicar sus detalles. ¿Por ser el Sol?

No. Cuando abrimos un grifo en casa, si lo abrimos poco, el agua sale en láminas paralelas, pero según va bajando el chorro de agua, se acelera por la gravedad. Al aumentar la velocidad y expansionarse, las láminas empiezan a retorcerse entre sí y el régimen de flujo se denomina ”turbulento”. Esto mismo ocurre cuando abrimos el grifo del todo: el agua sale con fuerza de manera turbulenta.

Llevamos 170 años estudiando los flujos turbulentos, y aunque hemos avanzado, no tenemos una teoría definitiva para ellos. Lo mismo ocurre con los plasmas en los que, a la complicación de la mecánica no lineal de los fluidos, se añaden los campos magnéticos creados por las corrientes de electrones que se mueven de manera turbulenta.

La turbulencia en los fluidos no está entendida. Y estamos en 2016. Siendo esto así, ¡hay quienes quieren encontrar la ”Teoría del Todo”!  De la misma manera, en la propia mecánica clásica, normal, no cuántica, la de todos los días, en sistemas muy simples, desconocemos aún mucho.

Se dice que la mecánica cuántica es estrictamente indeterminista, y que la función de ondas marca la probabilidad del movimiento de las partículas. Pues bien, una mesa de billar, llena de bolas, y agitada, genera movimientos de las mismas estrictamente indeterminados: nos falta siempre una ecuación por cada dos bolas para determinar esos movimientos. Dos péndulos, de masas distintas, colgado uno del otro, se mueven de manera caótica, indeterminista, y son lo más simple que podemos imaginar como movimiento. En el espacio, tres estrellas de masas no iguales se mueven entre sí de manera caótica, indeterminada.

Desconocemos muchísimo de la naturaleza, desde algo tan simple como dos péndulos acoplados, hasta la turbulencia y las llamaradas solares.

Y nos arrogamos, sin hacer experimentos controlados, la capacidad de decir como empezó, si es que alguna vez empezó, el universo, hacia donde evoluciona, y decimos que vamos conseguir una ”Teoría del Todo”.

Como los economistas o los políticos que, de ser elegidos, van a resolver, de una vez por todas todos los problemas de la humanidad.

Las sociedades humanas (y los científicos forman una sociedad humana) han colapsado siempre por exceso de soberbia.

Un poquito de humildad, esa capacidad tan europea, tan griega, tan distinta de otros a quien sus dioses les hablan, es decir, con Sócrates: ”Solo sé que no sé nada” que es lo único que de verdad funciona.

¿Lo decimos entre todos?

El Porqué de las Cosas es un proyecto divulgativo impulsado con la colaboración de Obra Social ‘la Caixa’.

Si quiere realizar cualquier consulta que tenga que ver con el conocimiento, envíe su pregunta a: ciencia@elmundo.es

Antonio Ruiz de Elvira

Catedrático de Fí­sica Aplicada en la Universidad de Alcalá de Henares. Su investigación se centra en la Fí­sica del Clima y de la Atmósfera de la Tierra. Es autor de “Quemando el futuro: clima y cambio climático” (ed. Nivola).

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