¿Son las manchas solares diferentes en este periodo solar?

W. Livingston y M. Penn,
National Solar Observatory, Tucson, Ariz.;
E- mail: mpenn@noao.edu


Publicado en EOS, VOLUME 90 NUMBER 30, 28 JULY 2009 , PAGES 257–264

Durante cientos de años los humanos observaron que el Sol mostraba actividad donde el número el manchas de sol aumenta y luego disminuye en intervalos de aproximadamente 11 años. Las manchas de sol son regiones oscuras en el disco solar con campos magnéticos más grandes que 1500 gauss (ver Figura 1), y el ciclo de manchas solares de 11 años es en realidad un ciclo de 22 en el campo magnético solar con las manchas mostrando la misma polaridad magnética en ciclos alternados de 11 años.

El último Máximo Solar ocurrió en 2001, y las manchas de sol magnéticamente activas en ese momento produjeron poderosas llamaradas que causaron grandes perturbaciones geomagnéticas, haciendo estragos en algunas tecnologías espaciales. Pero algo es desusado en el actual ciclo de manchas de sol. El actual mínimo solar ha sido inusualmente largo, y con más de 670 días sin manchas hasta junio 2009, el número de días sin manchas no había sido igualado desde 1933 (ver http://users.telenet.be/j.janssensSpotless/Spotless.html). Se ha informado que el viento solar es de una energía excepcionalmente baja desde que las mediciones espaciales comenzaron hace aproximadamente 40 años. [Fisk y Zhao, 2009]

¿Por qué es interesante una falta de actividad de manchas solares? Durante el período desde 1645 a 1715, el Sol ingresó a un período de baja actividad conocida ahora como el Mínimo Maunder, cuando a través de varios períodos de 11 años el Sol apenas si mostró algunas pocas manchas. Los modelos de la irradiación solar sugieren que el aporte de energía solar a la Tierra disminuyó durante ese tiempo y que este cambio en la actividad solar podría explicar las bajas temperaturas registradas en Europa durante la Pequeña Edad de Hielo [Lean et al., 1992]

A causa de que se conoce muy poco acerca de las causas de una prolongada escasez de manchas de sol, los científicos están rebuscando entre la reciente información solar en esfuerzos de hallar alguna pista para este desusado comportamiento del Sol.



Manchas de Sol Reciente: Minúsculos Poros Sin Penumbra

En 2005, los científicos del Observatorio Solar Nacional de EEUU (NSO) examinaron las mediciones hechas durante los 13 años previos por el telescopio del Observatorio McMath-Pierce en Kitt Peak, Arizona. Estas mediciones incluían datos de la intensidad infrarroja, temperatura, y campos magnéticos dentro de las mancha de sol. Se usó la sonda más sensible para los campos magnéticos que hay actualmente disponible (una línea del espectro infrarrojo de hierro neutro en los 1564,8 nanómetros) y representa la secuencia de tiempo más larga de esas observaciones.

Un borrador de ese primer trabajo fue publicado en la Internet y llevó a algunos malentendidos cuando unos pocos autores de otros campos citaron esa publicación y llegaron a conclusión errónea de que una falta de manchas en el sol podría explicar al calentamiento global. La misma información fue publicada más tarde [Penn y Livingstone, 2006], y las observaciones mostraban que la fuerza del campo magnético en las manchas de sol estaba decreciendo con el tiempo, independientemente del ciclo de manchas. Una simple extrapolación lineal de esos datos sugería que las manchas en el sol podrían desaparecer completamente hacia el 2015.

Estas observaciones hizo que los investigadores se preguntaran si las características de las manchas son diferentes ahora que durante otros ciclos solares. Las manchas de sol están compuestas de un núcleo oscuro central (la 'umbra') en donde las líneas del campo magnético son en su mayor parte paralelas a la superficie (Solanki, 2003). En el pasado se ha visto que la intensidad y los campos magnéticos de las manchas de sol más grandes cambian en sincronía con el ciclo solar [Albergasten y Maltby, 1981].

Algunas observaciones tomadas por instrumentos a bordo de satélites han reportado también ver variaciones cíclicas en la brillantez de las manchas en concierto con fluctuaciones del campo magnético. [Norton y Gilman, 204]. Estas observaciones fueron hechas con instrumentos que miden el flujo magnético, que es el campo magnético promedio sobre un área de la mancha más que la fuerza directa del campo magnético.

Aunque la polaridad magnética del Sol se ha invertido y el nuevo ciclo solar ha sido detectado, la mayoría de las manchas del nuevo ciclo han sido minúsculos 'poros' sin penumbra (Ver la figura 1).; de hecho, casi todas estas características son vistas nada más que magnetógramos de flujo y son difíciles de detectar en imágenes de luz blanca.

Fig. 1



Fig. 1: (izquierda) Una imagen de un grupo de manchas cerca del máximo de último ciclo solar 23, tomadas en el telescopio del Observatorio McMath-Pierce, Kitt Peak el 24 de Octubre de 2003. Las manchas muestran claramente una umbra central oscura rodeada por una penumbra más clara y filamentosa. Los campos magnéticos varían desde 1797 a 3422 gauss. (derecha) Una imagen consistente sólo de dos poros –manchas débiles sin estructura de penumbra- tomada por Graficador Doppler Michaelson (MDI), instrumento en el satélite Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) el 11 de Enero de 2009; esto es un ejemplo de lo que se observa hoy en un mínimo solar. El poro inferior (visto como un punto en el centro del círculo negro) tenía un campo magnético de 1969 gauss; los otros no eran mensurables. Actualmente la superficie del Sol está casi totalmente desprovista de manchas. Ambas imágenes tienen la misma escala espacial y están separadas ente si por unos 250.000 kilómetros.


¿Qué podría estar sucediendo? Las claves se pueden hallar en las mediciones magnéticas infrarrojas de McMath-Pierce que son capaces de calcular la fuerza total del campo magnético de manera directa (no el flujo) que hay en la umbra.

Estas mediciones también tienen la ventaja de observar a las manchas solares en el espectro del infrarrojo, lo que garantiza la reducción de la luz dispersada en el telescopio, un factor especialmente importante cuando se observan manchas pequeñas. Observaciones recientes de manchas pequeñas sugieren que a lo largo del período de tiempo cubierto por la información infrarroja, la relación entre la fuerza del campo magnético de la umbra y la intensidad del infrarrojo (medida en la posición más oscura en manchas individuales) ha permanecido constante (ver la figura 2).

Figura 2



Figura 2: La intensidad del infrarrojo observada en la posición más oscura de la umbra de la mancha está ploteada versus la fuerza del campo magnético para 1932 manchas (usando la división Zeeman de la línea espectral neutra del hierro en los 1564.8 nanómetros). Se muestra también un ajuste cuadrático de los datos. Las mediciones son del conjunto total de la información observada desde 1922 a 2009.

Esto revela que las manchas de sol que vemos actualmente no están haciéndose independientemente más intensas en el infrarrojo; las manchas de sol hoy todavía siguen con la misma relación entre la intensidad magnética infrarroja y la fuerza del campo magnético vista en años anteriores. En vez de ello, manchas de sol más débiles magnéticamente se ven ahora con mayor frecuencia en conjunción con latas intensidades del infrarrojo.

En verdad, el reciente trabajo [Schad y Penn, 2008] usando datos del NSO Kitt Peak Vacuum Telescope sugiere que ligeros cambios en el radio promedio de la umbra de las manchas durante los últimos 11 años pueden explicar muchos de los cambios magnéticos y de intensidad observados.

Una futura Escasez de Manchas de Sol?

Cuatro años después del primer borrador del estudio, la predicha escasez en el número de manchas de sol se ha visto comprobada con precisión. El vigor de las manchas de sol, en términos de la fuerza del campo magnético y área, ha disminuido grandemente. La figura 3 muestra la disminución de la fuerza del campo magnético que se encuentra ahora con respecto al tiempo (1922-2009), que todavía muestra una tendencia solar independiente del ciclo solar.

Figura 3




Figura 3: La fuerza máxima del campo magnético está ploteada contra el tiempo, durante el período desde 1922 hasta febrero 2009; se muestra un madia corrida de 12 puntos, y se plotea un ajuste lineal a la información. Aparte de unas pocas mediciones, se ve que la tendencia lineal continúa a lo largo de todo este mínimo solar.

A causa de la naturaleza del programa de observación, las mediciones más tempranas en este ploteo están probablemente sesgadas hacia valores más altos del campo magnético (manchas más grandes); no obstante, la tendencia lineal en el valor del campo magnético es clara aún excluyendo toda la información anterior a 1995. Los datos muestran las mismas manchas como se ven en la Figura 2, y como se implica, la intensidad media infrarroja de la umbra de la mancha también está aumentando con el tiempo.

Si esto es un presagio de una declinación a largo plazo de las manchas de sol, análogo al Mínimo Maunder, permanece por verse. Otros indicadores del ciclo de la actividad solar sugieren que las manchas deben regresar impetuosamente dentro del próximo año.

A causa de que otros indicadores apuntan a que el Sol experimenta un desusado período de mínima actividad solar, es críticamente importante para medir la actividad magnética del Sol durante este este tiempo tan excepcional. Los científicos seguirán observando al Sol usando diagnósticos del infrarrojo en telescopio McMath-Pierce con un agudo interés.