Hay una razón por la que la Tierra es el único lugar del Sistema Solar donde se sabe que la vida puede vivir y prosperar. Por supuesto, los científicos creen que puede haber formas de vida microbianas o incluso acuáticas que viven debajo de las superficies heladas de Europa y Encelado , o en los lagos de metano en Titán . Pero por el momento, la Tierra sigue siendo el único lugar que conocemos que tiene todas las condiciones adecuadas para que exista la vida.
Una de las razones de esto es que la Tierra se encuentra dentro de nuestro Sol. Zona habitable (también conocido como 'Zona Ricitos de Oro'). Esto significa que está en el lugar correcto (ni demasiado cerca ni demasiado lejos) para recibir la abundante energía del Sol, que incluye la luz y el calor que son esenciales para las reacciones químicas. Pero, ¿cómo hace exactamente nuestro Sol para producir esta energía? ¿Qué pasos están involucrados y cómo llega a nosotros aquí en el planeta Tierra?
La respuesta simple es que el Sol, como todas las estrellas, es capaz de crear energía porque es esencialmente una reacción de fusión masiva. Los científicos creen que esto comenzó cuando una enorme nube de gas y partículas (es decir, una nebulosa) colapsó bajo la fuerza de su propia gravedad, lo que se conoce como Teoría de la nebulosa . Esto no solo creó la gran bola de luz en el centro de nuestro Sistema Solar, sino que también desencadenó un proceso mediante el cual el hidrógeno, acumulado en el centro, comenzó a fusionarse para crear energía solar.
Técnicamente conocido como fusión nuclear, este proceso libera una cantidad increíble de energía en forma de luz y calor. Pero llevar esa energía desde el centro de nuestro Sol hasta el planeta Tierra y más allá implica un par de pasos cruciales. Al final, todo se reduce a las capas del Sol y al papel que desempeña cada una de ellas para asegurarse de que la energía solar llegue a donde puede ayudar a crear y sustentar la vida.
El núcleo:
El núcleo del Sol es la región que se extiende desde el centro hasta aproximadamente el 20-25% del radio solar. Es aquí, en el núcleo, donde se produce la energía mediante la conversión de átomos de hidrógeno (H) en moléculas de helio (He). Esto es posible gracias a la extrema presión y temperatura que existe dentro del núcleo, que se estima en el equivalente a 250 mil millones de atmósferas (25,33 billones de KPa) y 15,7 millones de kelvin, respectivamente.
El resultado neto es la fusión de cuatro protones (moléculas de hidrógeno) en una partícula alfa: dos protones y dos neutrones unidos en una partícula que es idéntica a un núcleo de helio. De este proceso se liberan dos positrones, así como dos neutrinos (que transforma dos de los protones en neutrones) y energía.
El núcleo es la única parte del Sol que produce una cantidad apreciable de calor a través de la fusión. De hecho, el 99% de la energía producida por el Sol tiene lugar dentro del 24% del radio del Sol. En el 30% del radio, la fusión se ha detenido casi por completo. El resto del Sol es calentado por la energía que se transfiere desde el núcleo a través de las sucesivas capas, llegando finalmente a la fotosfera solar y escapando al espacio en forma de luz solar o energía cinética de las partículas.
El Sol libera energía a una tasa de conversión masa-energía de 4,26 millones de toneladas métricas por segundo, lo que produce el equivalente a 38,460 septillones de vatios (3,846 × 1026W) por segundo. Para poner eso en perspectiva, esto es el equivalente a aproximadamente 9.192 × 1010megatoneladas de TNT por segundo, o 1.820.000.000 Tsar Bombas, ¡la bomba termonuclear más poderosa jamás construida!
La estructura interior del sol. Crédito: Wikipedia Commons / kelvinsong
Zona radiativa:
Esta es la zona inmediatamente próxima al núcleo, que se extiende hasta aproximadamente 0,7 radios solares. No hay convección térmica en esta capa, pero el material solar en esta capa es lo suficientemente caliente y denso que la radiación térmica es todo lo que se necesita para transferir el calor intenso generado en el núcleo hacia afuera. Básicamente, se trata de iones de hidrógeno y fotones emisores de helio que viajan una distancia corta antes de ser reabsorbidos por otros iones.
Las temperaturas bajan en esta capa, pasando de aproximadamente 7 millones de kelvin más cerca del núcleo a 2 millones en el límite con la zona convectiva. La densidad también se reduce en esta capa cien veces desde 0,25 radios solares hasta la parte superior de la zona radiativa, pasando de 20 g / cm³ más cerca del núcleo a solo 0,2 g / cm³ en el límite superior.
Zona convectiva:
Esta es la capa exterior del Sol, que representa todo lo que está más allá del 70% del radio solar interior (o desde la superficie hasta aproximadamente 200.000 km por debajo). Aquí, la temperatura es más baja que en la zona radiativa y los átomos más pesados no están completamente ionizados. Como resultado, el transporte de calor radiativo es menos efectivo y la densidad del plasma es lo suficientemente baja como para permitir que se desarrollen corrientes convectivas.
Debido a esto, las células térmicas ascendentes transportan la mayor parte del calor hacia la fotosfera del Sol. Una vez que estas células se elevan justo por debajo de la superficie fotosférica, su material se enfría, lo que hace que aumente su densidad. Esto los obliga a hundirse nuevamente en la base de la zona de convección, donde recogen más calor y el ciclo de convección continúa.
Ilustración de la estructura del Sol y una estrella gigante roja, mostrando sus zonas convectivas. Crédito: ESO
En la superficie del Sol, la temperatura desciende a aproximadamente 5.700 K. La convección turbulenta de esta capa del Sol es también lo que causa un efecto que produce polos magnéticos norte y sur en toda la superficie del Sol.
También es en esta capa que manchas solares ocurren, que aparecen como manchas oscuras en comparación con la región circundante. Estos puntos corresponden a concentraciones en el campo de flujo magnético que inhiben la convección y hacen que las regiones de la superficie bajen de temperatura en comparación con el material circundante.
Fotosfera:
Por último, está la fotosfera, la superficie visible del Sol. Es aquí donde la luz solar y el calor que se irradian y convencen a la superficie se propagan al espacio. Las temperaturas en la capa oscilan entre 4.500 y 6.000 K (4.230 - 5.730 ° C; 7646 - 10346 ° F). Debido a que la parte superior de la fotosfera es más fría que la parte inferior, una imagen del Sol parece más brillante en el centro que en el borde omiembrodel disco solar, en un fenómeno conocido como oscurecimiento de las extremidades .
La fotosfera tiene decenas a cientos de kilómetros de espesor y también es la región del Sol donde se vuelve opaca a la luz visible. Las razones de esto se deben a la cantidad decreciente de iones de hidrógeno cargados negativamente (H–), que absorben la luz visible fácilmente. Por el contrario, la luz visible que vemos se produce cuando los electrones reaccionan con los átomos de hidrógeno para producir H–iones.
La energía emitida por la fotosfera luego se propaga a través del espacio y llega a la atmósfera de la Tierra y a los otros planetas del Sistema Solar. Aquí en la Tierra, la capa superior de la atmósfera (la capa de ozono) filtra gran parte de la radiación ultravioleta (UV) del Sol, pero pasa algo a la superficie. La energía recibida es luego absorbida por el aire y la corteza terrestre, calentando nuestro planeta y proporcionando a los organismos una fuente de energía.
La fotosfera del sol, donde la luz solar visible y el calor se envían al espacio. Crédito: NASA / SDO / AIA)
El Sol está en el centro de los procesos biológicos y químicos aquí en la Tierra. Sin él, el ciclo de vida de plantas y animales terminaría, los ritmos circadianos de todas las criaturas terrestres se verían interrumpidos; y con el tiempo, toda la vida en la Tierra dejaría de existir. La importancia del Sol ha sido reconocida desde tiempos prehistóricos, y muchas culturas lo ven como una deidad (la mayoría de las veces, como la deidad principal en sus panteones).
Pero solo en los últimos siglos se han llegado a comprender los procesos que alimentan al Sol. Gracias a la investigación en curso de físicos, astrónomos y biólogos, ahora podemos comprender cómo el Sol produce energía y cómo la transmite a nuestro Sistema Solar. El estudio del universo conocido, con su diversidad de sistemas estelares y exoplanetas, también nos ha ayudado a establecer comparaciones con otros tipos de estrellas.
Hemos escrito muchos artículos sobre la sol y Solar Energy para Universe Today. Aquí está ¿De qué color es el sol? , ¿Qué tan lejos está la Tierra del Sol? , algunos Datos interesantes sobre el sol , y uno sobre el Característica del sol .
Para aquellos que están interesados en lo verdaderamente especulativo y futurista, aquí está ¿Podríamos terraformar el sol? , y Aprovechando la energía solar del espacio .
Para obtener más información, consulte Guía de exploración del sistema solar de la NASA sobre el sol , y aquí hay un vínculo a la Página de inicio de la misión SOHO , que tiene las últimas imágenes del sol.
Astronomy Cast también tiene algunos episodios interesantes sobre el sol. Escucha aqui, Episodio 30: El sol, manchas y todo , y Episodio 320: Capas del sol .