En 1607, Johannes Kepler proyectó una imagen del Sol sobre un trozo de papel y divisó una mancha oscura. Pensó que estaba viendo al planeta Mercurio cruzar nuestra estrella. Estaba equivocado. Sin darse cuenta, Kepler había dibujado una enorme mancha solar, la imagen de una mancha solar más antigua que se conoce, anterior a las observaciones instrumentales del Sol.
Mediante el análisis de ese boceto mal etiquetado, los astrofísicos finalmente han logrado determinar el ritmo magnético del Sol justo antes de que sus manchas solares desaparecieran misteriosamente durante 70 años. El error de Kepler, cometido hace 400 años, ayuda a resolver un antiguo debate sobre cómo se comporta el Sol antes de entrar en un Gran Mínimo, lo que respalda la opinión de que el Sol mantenía un ciclo más regular de lo que habían sugerido algunas reconstrucciones.
Sombras en la pared
Los astrónomos suelen utilizar telescopios modernos para observar las fluctuaciones rítmicas de la actividad magnética de nuestra estrella. Este ciclo, que dura aproximadamente 11 años y se conoce como ciclo solar, determina el estado general del Sol. Durante un “mínimo solar”, la superficie de la estrella se encuentra relativamente tranquila y sin manchas. Pero a medida que el ciclo se intensifica hacia un “máximo solar”, su campo magnético se vuelve cada vez más complejo y caótico. Esta mayor tensión magnética provoca distorsiones y rupturas, desencadenando violentas erupciones solares y generando manchas oscuras y temporales en la superficie, conocidas como manchas solares.
Desde que los astrónomos comenzaron a numerar formalmente estos períodos de 11 años en 1755, han seguido el vaivén del ciclo solar con precisión milimétrica. Actualmente nos encontramos en la fase del ciclo solar 25. Pero a principios del siglo XVII, los telescopios estaban en su fase inicial.
Para obtener una imagen del Sol, Kepler utilizó una cámara oscura. Al hacer un pequeño agujero en una pared, permitió que la luz del sol entrara en una habitación oscura e incidiera sobre un trozo de papel, proyectando así la superficie del Sol.
El Sol es una esfera turbulenta de gas cargado eléctricamente, o plasma. A medida que la estrella rota, arrastra su propio campo magnético, retorciendo y enredando las invisibles líneas de fuerza. Cuando la tensión se vuelve excesiva, estas bandas magnéticas estallan a través de la superficie. Suprimen el calor que burbujea desde abajo, creando zonas con una temperatura aproximada de 3527°C, notablemente más frías que la fotosfera que las rodea, cuya temperatura oscila entre los 5527°C y 5727°C.
Este marcado contraste de temperatura y brillo hace que, para los observadores en la Tierra, parezcan manchas oscuras o puntos, al igual que los que Johannes Kepler creyó erróneamente que eran el planeta Mercurio en 1607. Kepler finalmente se percató de su error una década después y retractó formalmente su informe sobre Mercurio en 1618. Sin embargo, los astrónomos modernos ignoraron en gran medida sus bocetos al evaluar los ciclos solares.
“Dado que este registro no fue una observación telescópica, sólo se ha analizado en el contexto de la historia de la ciencia y no se había utilizado para análisis cuantitativos de los ciclos solares en el siglo XVII”, dijo Hisashi Hayakawa, investigador de la Universidad de Nagoya y autor principal del nuevo estudio, en un comunicado de la Universidad de Nagoya.
“Pero este es el boceto de una mancha solar más antiguo jamás realizado mediante observación instrumental y proyección”.
El mínimo
Para predecir el comportamiento del Sol en el futuro, los científicos necesitan una visión más clara de su pasado. Entre 1645 y 1715, el Sol se volvió inquietantemente silencioso. Las manchas solares prácticamente desaparecieron.
Si bien el seguimiento formal del ciclo solar llegó más tarde, el telescopio se inventó alrededor de 1608. Astrónomos prominentes de la época, como Giovanni Cassini en Francia, llevaban notas meticulosas y se maravillaban abiertamente de lo completamente despejado que estaba el Sol. En ocasiones, pasaban años sin detectar una sola mancha. En 1671, Cassini observó una mancha solar y la describió como un acontecimiento importante, señalando que habían pasado aproximadamente 10 años desde que alguien había visto una. Los investigadores denominan a esta época el Mínimo de Maunder.
Debido a que los registros telescópicos de esa época son escasos y no tan fiables como desearían los astrónomos, históricamente los investigadores recurrieron a árboles antiguos para llenar los vacíos. Cuando el Sol está muy activo, su potente campo magnético actúa como un escudo, impidiendo que la radiación espacial llegue a la Tierra. Pero cuando nuestra estrella se calma, ese escudo desaparece.
Los rayos cósmicos chocan contra nuestra atmósfera y crean un tipo específico de carbono llamado carbono-14. A medida que los árboles crecen, absorben este carbono del aire, atrapando un registro permanente de la historia del Sol dentro de sus anillos de madera.
Pero interpretar esos anillos es complicado. Diferentes equipos que analizaron las mismas muestras llegaron a conclusiones contradictorias sobre los ciclos solares inmediatamente anteriores al Mínimo de Maunder.
Algunos investigadores argumentaron que el ciclo solar denominado Ciclo-14 (el decimocuarto ciclo antes de la era moderna del seguimiento solar) fue un episodio anormalmente corto de cinco años. Otros afirmaron que se trataba de un ciclo estándar de entre 11 y 14 años. Necesitaban una prueba definitiva. Kepler tenía la respuesta.
La máquina del tiempo solar
Hayakawa y su equipo internacional analizaron los dibujos de Kepler que se conservan: uno realizado en su casa y otro esbozado apresuradamente ese mismo día en un taller de la ciudadela de Praga. El equipo calculó la inclinación exacta del Sol en el cielo sobre Praga el 28 de mayo de 1607. Al comparar los dibujos de Kepler con estos modelos orbitales modernos, dedujeron coordenadas más precisas de las manchas solares que él observó.
Un principio conocido como la ley de Spörer establece que, al comienzo de un ciclo de 11 años, las manchas solares aparecen en latitudes altas, cerca de los polos de la estrella. A medida que avanza el ciclo, aparecen nuevas manchas cada vez más cerca del ecuador solar.
Los dibujos de Kepler situaban las manchas solares en una latitud muy baja. Esto significaba que el Sol se encontraba al final de su ciclo, no al principio.
Al comparar este punto de baja latitud con observaciones telescópicas posteriores realizadas tan solo unos años después, los investigadores situaron con certeza la observación de Kepler al final del ciclo solar 14. La transición al siguiente ciclo se produjo sin problemas entre 1607 y 1610.
Al final, el Sol se comportaba con normalidad. Los datos de los anillos de los árboles, que apuntaban a un ciclo regular de 11 a 14 años, se confirmaron en todo momento. Nuestra estrella no se estancó ni entró en el Mínimo de Maunder de forma abrupta; se deslizó gradualmente hacia él a partir de un ritmo regular.
“Al situar los hallazgos de Kepler dentro de reconstrucciones más amplias de la actividad solar, los científicos obtienen un contexto crucial para interpretar los cambios en el comportamiento solar en este período fundamental que marca una transición de los ciclos solares regulares al gran mínimo solar”, dijo Hayakawa.
Kepler no tenía forma de saber que estaba registrando los ciclos magnéticos de una estrella. Simplemente dibujó lo que veía, adaptándose a las limitaciones tecnológicas de su época. Sin embargo, esa única mancha solar, mal identificada, preservó una pieza crucial de la historia solar, demostrando ser el eslabón perdido que los astrónomos necesitaban cuatro siglos después.
El estudio se publicó en 2024 en The Astrophysical Journal Letters.
Fuente: ZME Science.