Certezas e hipótesis sobre los ciclos solares: Capítulo II. Hipótesis sobre los ciclos solares.

Como hemos apuntado anteriormente en el capítulo Certezas sobre los ciclos solares, los ciclos solares se producen debido a la interacción de los campos magnéticos con la convección, la rotación diferencial, las fuerzas de Coriolis y los movimientos ciclónicos de la atmósfera.

Pero, también hemos de tener en cuenta que en el universo está todo interconectado, desde lo más minúsculo y microscópico a los niveles macroscópicos como los cúmulos de galaxias.

Basándonos en el último estudio realizado, por un equipo científico alemán del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) liderado por Frank Stefani y publicado en la revista Solar Physics, se argumenta la posible relación del conocido ciclo solar de 11 años con el periodo de traslación de Júpiter en torno a nuestra estrella (recordemos que el año Joviano tiene un periodo de 11,86 años terrestres). Y parece que no sólo eso, sino además, la posible relación de dichos períodos incrementada con las coincidencias orbitacionales o efecto de marea de Venus y la Tierra, que se da cada 11,07 años.

Parece increíble que una estructura como el sol pueda sentir el efecto de algo comparativamente tan pequeño como Júpiter o, incluso, como todos los planetas del sistema solar y sus satélites juntos (que no suponen ni un 1% de la masa del Sol).

Para empezar, hemos de dejar claro que este es un tema de estudio aún abierto, es decir, no hay conclusiones definitivas ni verdades contrastadas e inamovibles sobre el asunto. El referido estudio se publicó en Octubre de 2016 y es lo más reciente al respecto y aunque de vez en cuando vuelve a aparecer algún artículo sobre el tema, hay que reconocer que no es la opinión generalizada entre la comunidad científica internacional. Es decir, lo establecido y mayoritariamente aceptado es que el ciclo solar de 11 años es un ciclo autosostenido por el Sol y los efectos “alfa” y “omega” en el conocido mecanismo dinamo y comentado en el capítulo anterior. Hoy por hoy no existen simulaciones lo suficientemente detalladas de estos aspectos, pero a grandes rasgos, sí podemos explicar mediante los mencionados efectos lo que observamos que ocurre en el sol y el referido ciclo de 11 años en el mismo sin necesidad de “ingredientes adicionales”.

Es cierto que, dada la coincidencia numérica tan sugerente, este tipo de estudios se reiteran cada cierto tiempo y llevados a cabo desde el rigor y la aplicación del método científico de la forma más exhaustiva posible.
Con respecto a los conocidos efectos alfa y omega del mecanismo dinamo del sol, lo que con ellos se explica suficientemente es la autosostenibilidad de su funcionamiento. Las perturbaciones introducidas por la referida coincidencia orbitacional de Júpiter con la combinación de ambos efectos son muy leves, pero lo importante es la constancia de las mismas ya que esto es lo que le confiere las características de ciclo y lo que acaba suponiendo un motor dinámico.

La inestabilidad alfa entre los polos del Sol es tan frágil que una pequeña pero continuada perturbación (como la que podría introducir la coincidencia orbitacional de Júpiter) puede ser el motivo para que al cabo de los 11 años se cambie la polaridad de los polos magnéticos solares y en un total de 22 años se retornaría a la situación original en cuanto a polaridad magnética.

Hemos visto anteriormente la explicación más comúnmente aceptada por toda la comunidad científica internacional del mecanismo dinamo del interior solar y el ciclo automantenido de los campos magnéticos y la actividad visible en el sol con la mencionada periodicidad de 11 años. A partir de ahí, artículos como el que mencionamos antes, pretenden aportar una explicación añadida al efecto alfa, incidiendo en el aspecto quizá más relevante de que dicho efecto, necesitaría muy poca perturbación para que efectivamente pueda ser el protagonista del cambio de configuración magnética solar.

El hecho es que Júpiter es un planeta gaseoso con un volumen considerable y una masa importante, dentro del total de las masas de los planetas de nuestro sistema solar. Si a esto, le añadimos el hecho de “alinearlo” con algunos otros planetas con respecto al sol, supondría que la resonancia gravitacional de la suma de todos esos planetas o dicho de otro modo, el “tirón” gravitacional sobre el sol por los planetas situados en una configuración espacial específica respecto al astro que orbitan, podría llegar a suponer un desplazamiento del baricentro de dicho sistema de masas que si se da de forma constante y repetida, podría llegar a ser suficiente para provocar ese pequeño cambio que se entiende necesario para iniciar el efecto alfa.

 

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Movimiento del Sol en su baricentro desde el año 1944 hasta el año 2020

 

La cuestión es que para poder llegar a demostrar esto al detalle, habría que disponer de un modelo magnetohidrodinámico del sistema completo, es decir del sol y de todos los planetas que le orbitan, para poder tener garantías de que se está en lo cierto. Y, hoy por hoy, esto no es más que una teoría. Más o menos fundamentada, pero no por completo demostrada ni demostrable en la actualidad.

En realidad la idea de que el ciclo solar se ve afectado por la órbita de Júpiter (e incluso en realidad por la de todos los planetas contenidos en dicha órbita, cuyos efectos se sumarían como hemos explicado, provocando unos ciertos cambios en la actividad de la estrella central) es una idea muy antigua. Inicialmente, esta idea fue propuesta por Rudolf Wolf en 1859 (el mismo observador solar al que debemos el número de Wolf, con el que identificamos la cantidad de manchas solares registradas en la superficie del astro en un determinado momento). Desde entonces se han publicado cientos de artículos argumentando esa idea aún sin demostrar científicamente y por los fundamentos anteriormente explicados, son artículos extremadamente simplificados en cuanto a su posible demostración matemática y física.

 

Vídeo: EL CENTRO DE GRAVEDAD DEL SISTEMA SOLAR. Aunque a menudo decimos que los planetas orbitan al Sol, es más exacto decir que los planetas y el Sol orbitan en realidad el centro común de masa de todo el Sistema Solar, el punto conocido como baricentro del sistema solar.

                                       

 

En cualquier caso, la conjunción de todos los factores detallados antes (la periodicidad observada en el ciclo de actividad solar, las periodicidades de traslación de los planetas alrededor del Sol, las distintas inclinaciones de los ejes de rotación del sol y de su eje de campo magnético respecto de la eclíptica así como las ligeras variaciones de los planos orbitales de los planetas con respecto a dicho plano, las asimetrías observadas en la actividad en los dos hemisferios solares, etc…) podrían sumarse para ayudar a explicar precisamente que dicha conjunción de factores incida directamente en el desencadenamiento del efecto alfa de la dinamo solar. La única forma de distinguir si este papel tiene realmente importancia en la activación de dicho efecto es ver si somos capaces de correlacionar esas variaciones en las periodicidades del ciclo solar con la geometría de este problema, en cuanto al posicionamiento exacto del baricentro del sistema de los planetas y la de la propia rotación solar con su afectación en la actividad de las capas más internas del Sol.

Sería interesante partir de los datos aportados por el referido artículo de Frank Stefani y su equipo, para hacer un estudio y llegar a una simulación compleja en la que se incluyan los parámetros anteriormente relacionados y poder completar el estudio de la dinamo solar. Es decir, como los modelos de la dinamo solar que actualmente existen, en los que únicamente se incluyen los factores relativos al propio sol, pero incluyendo los parámetros orbitales aludidos.

La clave, realmente, es que según el modelo que apoya el estudio de Frank Stefani, la diferencia de actividad se estaría produciendo a nivel de la tacoclina, una estrecha capa del interior solar, en proporción al volumen del total de la esfera estelar, pero de extrema importancia en cuanto a la actividad magnética se refiere.

La tacoclina está muy por debajo de la superficie solar (desde la superficie, aproximadamente a un tercio del radio de la esfera solar hacia dentro y con un espesor de unos 14.000 Km, lo que representa dos centésimas del radio solar) mientras que en el modelo comúnmente establecido y apoyado, el modelo estándar o tradicional de la dinamo solar, en el que los efectos alfa y omega explicados suponen variaciones a nivel de superficie solar y en una capa muy fina por debajo de dicha superficie solar.

Esto se podría evaluar mediante heliosismología, pero las necesidades en cuanto a precisión de medidas y los tiempos de toma de datos y evaluación de los mismos, suponen una tarea titánica y difícilmente abarcable. Por otro lado, si se pudiera encontrar alguna conexión entre las irregularidades del ciclo solar y las asimetrías y desfases norte/sur y la geometría de los planos orbitales de los planetas y de las inclinaciones de los ejes de rotación solar, esto podría suponer un espaldarazo importante para sustentar estas teorías.

Los referidos estudios publicados en Solar Physics, estarían refrendados en aquellos realizados para las baterías de metal líquido y las inestabilidades de Tyler, de las que se ha extraído y cuya aplicación se ha intentado trasladar al campo de la física solar y su magnetohidrodinámica.

 

Y cabe añadir un par de hipótesis más:

Sabemos, ya que hay registro de observaciones precisas, prolongadas y detalladas, que existen muchas otras estrellas con distintos ciclos de actividad. Algunas con ciclos más intensos y prolongados que nuestro sol y otras al contrario.

Doble comportamiento de los ciclos de actividad. Las líneas discontinuas indican el mejor ajuste al comportamiento bimodal que se observa. En ambos casos se ve que la duración del ciclo aumenta cuando se ralentiza la rotación de la estrella. La letra «A» representa la rama «activa», donde se ve la dependencia para las estrellas de rotación más rápida (mayor actividad magnética), y, por tanto, más jóvenes. La rama lenta «I» muestra otra dependencia, más típica en estrellas de rotación más lenta (más viejas). Algunas estrellas muestran dos ciclos, uno en cada rama. El Sol parece estar en una situación intermedia entre las dos ramas.

 

Visión más general de los ciclos de actividad: las estrellas más jóvenes tienen tal nivel de actividad que esta no decrece y no permite observar ciclos. Cuando la rotación se va frenando empieza a calmarse la actividad, y la disminución de regiones activas ya permite observar ciclos al variar la superficie estelar cubierta por manchas. Conforme sigue frenándose la rotación, la estrella llega a tener momentos en que no se ven manchas, por lo que sus ciclos de actividad tienen fuertes variaciones, como ocurre con el Sol. En esta etapa de la vida de una estrella, la diferente radiación que se emite según varía el ciclo puede influir en la atmósfera de los planetas de su entorno, produciéndose alteraciones climáticas.

Sonidos con las variaciones en el brillo de la estrella.

Las variaciones en el tono del brillo vienen dadas por grandes manchas conforme gira la estrella. El siseo proviene de la granulación en la superficie estelar. Brotando gas caliente y descendiendo gas más fío, se crean áreas frías que parpadean. Esta luz parpadeante, se detecta en el telescopio espacial Kepler y los científicos convierten la luz en sonido.

-Intensas variaciones tonales de las manchas -> estrella de giro rápido. Casi sin siseo de granulación -> estrella pequeña.

-Variaciones tonales moderadas -> estrella de giro más lento. Más siseo -> estrella más grande.

-Pequeñas variaciones tonales ->estrella de giro lento. Gran carga de siseo -> estrella masiva.

En el siguiente vídeo se muestra como es el sonido dependiendo de la actividad de la estrella:

Esta nueva forma de catalogar estrellas podría ayudarnos a encontrar exo-planetas cuando pasen frente a sus estrellas anfitrionas

Una correlación observacional entre las variaciones del brillo estelar y la gravedad superficial.

Cuanto más rápido rota una estrella, más corto es su ciclo de actividad. Como las estrellas van frenando su rotación con la edad, esto equivale a decir que las estrellas más jóvenes tienen ciclos más cortos, y conforme pasan los años sus ciclos se van alargando.

Igualmente basándonos en el método de la velocidad radial utilizado para la detección de exoplanetas. Este método detecta los desplazamientos de la estrella producidos por el tirón gravitacional del (o de los) planeta(s) que la orbita(n). Es cierto que en muchos de los casos conocidos hasta la fecha, son planetas denominados “júpiteres calientes”, esto son planetas gigantes gaseosos en órbitas tan próximas a sus estrellas como la de Mercurio al Sol, o más. Sin embargo, lo que no se ha llegado a determinar es si estas afecciones gravitacionales y los desplazamientos que sufren las estrellas tienen alguna incidencia en los ciclos de actividad de las mismas.

Método de la velocidad radial (espectroescopía).

Si pudiésemos observar nuestro sistema solar desde otro distante, observaríamos un leve desplazamiento de nuestro sol debido al tirón gravitacional que ejercen los planetas sobre él, podríamos cotejar los datos con los de observaciones de sistemas extrasolares y las afecciones de los movimientos planetarios en los ciclos de actividad de dichas estrellas.

Lo que también conocemos sobradamente son los efectos de las resonancias gravitacionales de unos cuerpos respecto a otros. El caso más nombrado es el de los llamados huecos de Kirkwood en el cinturón principal de asteroides, huecos en los que no se mantiene ningún cuerpo con órbita estable, ya que son zonas en las que hay una coincidencia ajustada en números enteros de su traslación con la traslación de Júpiter respecto al Sol. Es decir un cuerpo en dicha región orbital daría un número entero de vueltas al sol (por ejemplo 5) mientras que Júpiter también daría un número entero de vueltas al Sol (por ejemplo 2). Hay varias regiones en las que dichas resonancias (o coincidencia de número de traslaciones completas respecto al sol, p.e.: 2:1; 3:1; 5:2; 7:3) impiden la presencia de cuerpos orbitando a esas distancias concretas. Estos mismos efectos, podrían tener incidencia en las capas más internas del sol que, aunque fuesen mínimas, podrían ser suficientes para desencadenar el efecto alfa.

 

 

Esto sumado a los efectos de marea que están íntimamente relacionados con todo lo anterior y podrían ayudar a desencadenar esos cambios mínimos pero que de forma sostenida en el tiempo, podrían explicar los detalles que nos faltan para ajustar los modelos de los ciclos de actividad solar.

Y finalmente una hipótesis que relaciona la traslación de Júpiter con los ciclos de actividad solar, pero en una escala temporal distinta: El Ciclo de Gleissberg. Su duración no está totalmente determinada, al igual que ocurre con el ciclo 11 años, que puede reducirse o ampliarse.

Con los datos de los últimos 200 años parece que la longitud del ciclo de Gleissberg se ha ampliado de 7,5 a 8,5 ciclos de 11 años, o sea, de 72 a 90 años aprox. El efecto del ciclo de Gleissberg es la atenuación de la actividad solar del ciclo de 11 años  en el que caiga.

Aparentemente coincidió con los periodos de los mínimos de Maunder y Dalton, y dado que el anterior ocurrió en el ciclo solar 19, estamos ya en fechas de otro nuevo.

Además, esta coincidéncia con los mínimos de Maunder y Dalton, que estuvieron asociados a periodos de menores temperaturas en la Tierra, es un tema muy actual por sus posibles efectos en el clima terrestre.
En cuanto al origen no se sabe cuál puede ser. Hay teorías que apuntan hacia las dinámicas de celdas solares (la aludida circulación meridional o las bandas magnéticas migratorias), y por tanto a la variación de la intensidad de los campos magnéticos. Pero otros apuntan a que podría está asociado con el desplazamiento del baricentro del Sistema Solar, alrededor del cual gira también el Sol (mencionado anteriormente).

Añadir a todo lo anterior que, evidentemente dada la periodicidad de la que se habla en el ciclo de Gleissberg y la cantidad y la calidad de los datos observacionales fiables registrados desde hace, por poner una fecha optimista, 200 años, no se puede establecer una relación fidedigna por motivos obvios.

Una vez más, el Sol aporta a los científicos un problema de difícil solución y del que se lleva décadas postulando distintas posibilidades de explicación.

Artículos relacionados:

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Fuentes:

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