Los antiguos pensaban que el Sol era una bola uniforme de fuego. Pero no es así, ya que se sabe que posee una estructura bien definida. En su interior tiene un núcleo central, en donde constantemente se están produciendo las reacciones nucleares, cuyo producto final es la enorme energía de la cual depende la vida en la Tierra (fig. 1). Desde allí ésta se desplaza gradualmente hasta alcanzar la superficie solar, para luego escapar al espacio. Sobre su superficie hay una tenue atmósfera, que se denomina "cromósfera", que puede ser perfectamente observable durante los eclipses totales. Bajo ella está la "corona", que lo envuelve y se extiende por millones de kilómetros. Su temperatura es tan alta, que su constitución está casi completamente ionizada. Es decir, no está formada por átomos neutros, sino por protones, electrones y núcleos atómicos (especialmente helio). Desde aquí nace lo que se ha llamado "el viento solar", un flujo de partículas cargadas que soplan en todas direcciones, atravesando el sistema solar.

Hasta aquí es lo que sabemos, pero son muchos los hechos observados para los cuales aún no tenemos explicación. Así por ejemplo, se estima que en el núcleo interior del sol, la temperatura es altísima, probablemente superior a 15 millones de grados Kelvin. Sabemos también que ésta va bajando hacia su superficie, hasta llegar a 6 mil grados Kelvin (gráfico 1). Pero aquí comienza nuestra sorpresa: la temperatura de la cromósfera (la parte más externa de la corona), vuelve a elevarse por sobre 10 mil grados Kelvin. Más aún, en aquellas partes que la corona aparece asociada con manchas solares de su superficie (fig. 2), la temperatura es aún más alta. La lógica parecería indicar que si la energía se genera en el interior del sol, la temperatura debería ir disminuyendo hacia su superficie, alcanzando los valores más bajos en la cromósfera. Pero datos indirectos recientes indican exactamente lo contrario.

Esta paradoja comenzó a hacerse evidente en el siglo XIX, cuando los especialistas, observando el eclipse solar, pudieron realizar mediciones espectrográficas de la cromósfera, observando que en su espectro de absorción (Creces, Noviembre 2000, pág. 32) aparecían líneas que no correspondían a ningún elemento conocido hasta entonces. Más tarde, en el año 1940, los físicos asociaron dos de estas líneas a átomos de hierro, que habían perdido la mitad de sus electrones, una situación que para que se produzca, requiere de temperaturas extremadamente altas. Posteriormente, instrumentos colocados en satélites cercanos a la Tierra (satélite SOHO, en 1995 y TRACE,en 1998), descubrieron que el Sol emitía enormes cantidades de rayos X (fig. 2) y radiaciones extremas ultravioletas (fig. 3), lo que sólo puede suceder si la temperatura de la corona se eleva hasta alcanzar muchos miles de grados Kelvin. De acuerdo a estas observaciones, hay que aceptar que la cromósfera tiene una altísima temperatura. Todo parece indicar que esta incongruencia no es sólo propia de nuestro sol, sino que también en todas las estrellas, ya que todas ellas emiten gran cantidad de rayos X.

Otro misterio es lo que se ha llamado el viento solar, que sopla desde el sol. Se sabe que está constituido por una nube de electrones, iones y otras partículas, que son arrojadas a gran velocidad, sobre los 750 kilómetros por segundo (figura 1 y 4). Este viento solar es el que se quiere aprovechar para viajar por el espacio, navegando a la vela (Creces, Julio 2001, pág. 32). Aun cuando el viento se puede detectar desde satélites cercanos a la Tierra, los físicos quieren saber mucho más de él, ya que hasta ahora se ha detectado sólo después de varios días de haber dejado el Sol, que es su sitio de origen. No se sabe cómo es él cuando recién se origina en la superficie solar.

También los físicos quieren saber el por qué el sol se irrita y repentinamente arroja grandes burbujas formadas por partículas de plasma (Eyecciones Masivas de la Corona), que se desplazan a 2000 kilómetros por segundo chocar con el plácido campo magnético de la Tierra, produciendo tormentas magnéticas que interfieren en las comunicaciones o en ocasiones llegan a silenciarlas completamente (Creces, Abril 1999, pág. 6). Incluso pueden interrumpir el suministro eléctrico, como sucedió en Quebec en 1989.

"Cuando podamos entender mejor los vientos solares, de donde vienen y por qué se producen, entonces tal vez podamos predecir sus variaciones y cuándo van a ocurrir las tormentas magnéticas que afectan a la Tierra", dice Bruce Tsurrutani, proyectista del programa Solar Probe de NASA. Por todo ello y mucho más, justifica explorar directamente el Sol, mandando una nave que lo orbite y que desde allí envíe la información a la Tierra.

Las primeras imágenes de alta resolución de la corona, fueron tomadas por telescopios de luz ultravioleta y de rayos X, que se instalaron a bordo del Sky-lab, en los años 1973 y 1974. Allí se pudo ver que en la superficie solar, en relación con las manchas solares, se formaban enormes aros sobresaliendo de ella, y que iban y venían en cuestión de días. Se trataba de aros de rayos X, que se extendían en el espacio por millones de kilómetros. A su vez, en las zonas más quietas del sol, se producían emisiones de rayos ultravioleta, que le daban un aspecto como de panal de abejas. También se pudo detectar que cerca de los polos solares había áreas de menor radiación de rayos X (hoyos de la corona). Recientemente, en los años 1997 y 1998, el satélite SOHO (The Solar and Heliospheric Observatory), que orbitaba a 1.5 millones de kilómetros de la Tierra, y el LASCO (Large Angle and Spectroscopy Coronagrapf), tomaron fotos de estos eventos solares con mucha mejor resolución (fig. 2 y 3). Pero ahora, la NASA pretende enviar un satélite que orbite el Sol a mucho menor distancia, equipado con diferentes instrumentos que permitan despejar muchas de las dudas que se han planteado con las actuales observaciones del comportamiento físico del Sol.

El problema está en las tremendas temperaturas que esta nave deberá soportar. Se trata de que no le suceda lo que le sucedió a Icaro, que por acercarse demasiado al Sol, se le derritieron sus alas.

Una nave que visite el sol

Se trata de una nave que debería acercarse al Sol y volar a través de los aros del plasma incandescente que éste arroja al espacio. Deberá enfrentar fieros tornados del tamaño de la Tierra, que son los que crean el viento solar, y ser capaz de tomar muestras de todo ello para traerlas de vuelta a la Tierra. La idea es que pueda sobrevivir a temperaturas de millones de grados, lo que no es fácil de lograr.

El programa ya ha sido aprobado por NASA, y en su preparación se han seleccionado los instrumentos y sensores que se instalarán en la nave, que ya tiene nombre: "Solar Prove". El presupuesto está aprobado y los planes preveen el lanzamiento en seis años más. El objetivo es realizar las determinaciones necesarias para resolver los problemas antes planteados, con lo que no sólo se conocerá mejor el Sol, sino también todas las estrellas que forman nuestra galaxia y se pueda asumir que las características del Sol, sean similares a las de cualquier otra estrella.

El alma del proyecto es Jim Randolph, ingeniero de NASA en Pasadena, California, que por décadas ha estado soñando con él. Está muy consciente que el principal problema será la fantástica seguridad que necesitará la nave para protegerse de las temperaturas extremas que deberá enfrentar. La respuesta obvia será construir un escudo que resguarde los instrumentos, de modo que aun cuando por fuera esté al rojo, en su interior los instrumentos se mantengan a una temperatura moderada.

Desde hace 20 años, Randolph está logrando que NASA le financie las investigaciones de potenciales materiales con los cuales se podría construir el escudo. Su favorito ha sido un compuesto negro, llamado "carbón-carbón". Este se fabrica en capas ordenadas de fibras de carbón, en un molde de resina epoxica, que luego se quema en un horno. Queda así una matriz amorfa de partículas de carbón unidas en fibras.

El carbón-carbón es extremadamente duro, liviano y resistente a las altas temperaturas. Este ya se ha usado en las cabezas de proyectiles que deben reentrar a la atmósfera, soportando intensas temperaturas. El mismo material se ha usado para proteger la nariz y las alas de los transbordadores espaciales, también con el objeto de protegerlo en su entrada a la atmósfera.

Pero en este caso, la resistencia al calor tiene que ser aún mayor, ya que el escudo debe soportar por algunas horas el intenso calor del Sol. Por eso Randolph y sus colaboradores tienen que extremar la búsqueda de la mejor combinación del carbón-carbón. Para llevar a cabo estos ensayos, el primer problema es reproducir el calor del Sol aquí en la Tierra, para experimentar con el material apropiado. Ya han ensayado dentro de una cámara de vacío de un horno francés ubicado en los Pirineos, pero desgraciadamente las experiencias han fallado. Ahora están ensayando en las instalaciones de Lockheed Martin en Colorado, que usa luz artificial para simular la luz del Sol.

Por otra parte, han debido diseñar diversas formas del escudo para decidir la más apropiada. Hasta ahora, se piensa que éste debiera ser un cilindro. El problema son las antenas, indispensables para enviar los mensajes a la Tierra. Estas también tendrían que protegerse del Sol. Para ellas también debería proyectarse un escudo protector. Con este objeto, los investigadores han ideado un sistema de protección consistente en una parábola de material resistente al calor, que siempre estaría mirando hacia la cara del Sol, mientras que las antenas estarían en su sombra (fig. 5). Para llegar a la fórmula precisa, tienen tiempo, ya que de acuerdo a los planes, el satélite se lanzaría en el año 2007.

Siguiendo las ideas de Giuseppe Colombo, un astrónomo de la Universidad de Padua, se usaría la gravedad de Júpiter para desde allí enviar la nave en una trayectoria precisa hacia el Sol (New Scientist, Enero 20, 2001, pág. 219). De acuerdo a lo programado, ésta se lanzaría en Octubre del 2010, fecha en que las manchas solares estarían en su máximo, de acuerdo a los ciclos solares que ya se han descrito. Más tarde volvería en una segunda vuelta en el año 2015, cuando las manchas solares estuvieran en su nivel mínimo. La comparación de estas dos visitas permitirían conocer el comportamiento de la cromósfera y la corona solar durante el ciclo solar. La trayectoria de la nave tiene que ser perfecta, de modo que cuando ésta dé la vuelta al Sol, el escudo esté siempre de frente para que las antenas no se dañen. Una pequeña desviación, detendría inmediatamente la comunicación.

Para lograr todas las mediciones que se requieren, la nave irá equipada con un magnetómetro, un espectrógrafo, un detector de partículas y un sistema apropiado para colectar plasma, determinar su composición y medir su energía con los instrumentos de la misma nave. Finalmente, con cámaras pequeñas debidamente protegida deberá tomar fotografías de su superficie.

Estos y otros sensores deberán entregar la información necesaria para explicar el comportamiento del Sol y aclarar las paradojas que plantea. Para este año, NASA ha asignado un presupuesto de 2 millones de dólares para cubrir el costo de las investigaciones necesarias para el diseño de la nave. Más tarde, su presupuesto tendrá que ser mayor. Si la misión tiene éxito, podrán aclararse las dudas que plantea la física del Sol, y estará claro que éste es algo más que una bola de gas.

Fuente: creces.cl