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Astrofísica

Sol pulsante

Un grupo del IAG descubre que la variación del diámetro solar es por lo menos diez veces menor que lo que se creía

nasaEl satélite SOHO: técnicas complementariasnasa

Hace casi cuatrocientos años que, a través de la observación del diámetro del Sol, los astrónomos saben que éste puede aumentar o disminuir. Lo que no conseguían determinar con exactitud era la amplitud de dicha variación. El año pasado, después de un largo camino, esa duda comenzó a ser despejada: un estudio realizado por investigadores del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG) de la Universidad de São Paulo (USP) ofrece datos que están más cerca de la realidad. Utilizando métodos de observación y medición más precisos, desarrollados por ellos mismos en base a imágenes de satélite, constataron que la oscilación del radio solar puede llegar a sólo 15 kilómetros -mucho menos que lo que se imaginaba. Antes, trabajaban con la idea de que la variación fuera de 150 kilómetros -para un diámetro solar total de aproximadamente 1.400.000 kilómetros.

Este estudio mostró también que la energía responsable por la variación del diámetro y de la luminosidad del Sol no proviene de su núcleo, como se pensaba, sino de camadas más externas -específicamente, de las manchas solares, que indicaron cuánto pude variar el diámetro solar en función del período de actividad del astro. Los descubrimientos llegan en buena hora. Entre 2000 y 2002 se verifica el período de máximo solar, que se repite cada 11 años, caracterizado por una actividad solar más intensa, causada por la variación del campo magnético solar. Los resultados pueden ayudar a entender la influencia de la variación del diámetro solar en ese punto de actividad sobre el clima terrestre: el aumento o la disminución de la luminosidad solar podría provocar cambios de temperatura y períodos de glaciación y de sequía, además de interferencias en las telecomunicaciones de una manera general.

La idea que llevó a esos resultados surgió cuando el profesor Nelson Vani Leister y el posdoctorando Marcelo Emílio, bajo su supervisión, percibieron que era necesario dejar atrás las técnicas de medición del diámetro desarrolladas a partir de observatorios terrestres. Trabajando con ese método tradicional, Leister hizo la primera serie histórica brasileña de mediciones del diámetro del Sol con informaciones acumuladas a lo largo de veinte años, de 1974 a 1994.Realizado en alianza con investigadores franceses, ese estudio señaló una oscilación de alrededor de 150 kilómetros en el radio solar. Era un avance, pero el número obtenido no era muy confiable: se sospechaba que la refracción y la turbulencia atmosféricas de la Tierra pudieran haber interferido en los resultados finales.

En ese momento llegó la inspiración: ¿por qué no se intenta observar el Sol desde el espacio? Al deseo se juntó la posibilidad. En enero de 1999, Emílio, que en esa época estaba haciendo su doctorado, recibió una invitación para pasar un año y tres meses en la Universidad de Hawai, Estados Unidos. Éste es uno de los centros en los que se trabaja con imágenes del Sol captadas directamente por el SOHO (Satélite de Observación de la Heliosfera Solar), lanzado en 1995 en una alianza entre la agencia espacial europea (ESA) y la estadounidense (Nasa). La oportunidad fue decisiva para alcanzar datos más concluyentes sobre la variación del diámetro solar.

En órbita, a aproximadamente 1.5 millones de kilómetros del Sol, el SOHO alimenta estudios de alrededor de 500 investigadores en 20 países. Envía informaciones sobre los fenómenos que ocurren en la corona solar, erupciones, vientos y variaciones del campo magnético. Fue proyectado para acompañar esas actividades, no las variaciones del diámetro del Sol, aunque eso fuera factible, desde que hubiera programas de computadora adecuados para analizar las imágenes que llegaban. Los datos estaban allí: bastaba con que alguien fuera capaz de descifrarlos.

Interferencias

En ese momento la creatividad brasileña entró en acción. En el equipaje para Hawai, Emílio llevó su computadora, con los programas que había desarrollado y utilizado en las investigaciones con Leister, pues ya imaginaba que podrían serle útiles para confrontar los resultados de la observación terrestre. Tenía la forma de interpretar las imágenes, pero el trabajo no sería fácil.El hecho de que el SOHO no hubiera sido planificado para registrar directamente las medidas del diámetro del Sol causaba algunos problemas. Desde el principio, el análisis de imágenes recolectadas entre julio de 1996 y julio de 1998 reveló que realmente existía alguna oscilación en el diámetro solar.

Pero había tres obstáculos que podrían estar enmascarando los resultados: la imagen del Sol era registrada a partir de distancias variadas, cambios deliberados en el foco del instrumento aumentaban y disminuían artificialmente el diámetro del Sol -lo que podría provocar falsas impresiones- y la propia temperatura de la lente tampoco era constante. Fue necesario eliminar esos efectos de las observaciones.

En ese momento, Emílio acudió a los programas de lectura y análisis de imágenes que había llevado desde Brasil. Era como si la propia computadora acompañase el desplazamiento del Sol, marcando los puntos de medición y tomando las decisiones por cuenta propia. Por seguridad, el investigador evaluó, una a una, las imágenes de alrededor de 2 millones de limbos (puntos de límite) del Sol.El SOHO genera 120 imágenes por día, cada una de ellas con 16 limbos, lo que corresponde a 1.920 puntos por día. En los tres años que se tomó para analizar, Emílio observó aproximadamente 2 millones de limbos. Ese trabajo de comparación, basado en cálculos matemáticos, fue lo que le permitió seleccionar y eliminar, en secuencia, las interferencias causadas por la distancia del satéliteal Sol, por la variación del foco y por el efecto de la variación de temperatura a la que el satélite queda sometido.

Lo que quedó de ello fue la oscilación del diámetro del Sol: “Llegamos a lo que llamamos como límite superior de variación, la oscilación máxima del diámetro solar. Ésta puede ser incluso menor, si en el futuro se identifican otros elementos desconocidos, pero nunca será mayor que eso”, relata Emílio.

Una línea divisoria

Después de recorrer toda esa trayectoria, y libre de las interferencias generadas por la Tierra, los investigadores consiguieron demostrar que, vista desde el espacio, la variación del diámetro solar es diez veces menor que la observada desde la superficie terrestre. Los resultados echaron por tierra las hipótesis vigentes. La diferencia es significativa, y esto llevó a los investigadores a creer que aquéllo que determinaban a partir de la Tierra no estaba correcto. “Entre el espacio y la superficie, hay numerosos efectos, muchas cosas que actúan y modulan, y que nosotros aún no conocemos muy bien”, afirma Leister. Su conclusión recuerda la frase clásica de Hamlet: “Hay más cosas entre el cielo y en la Tierra que lo que supone nuestra vana filosofía”.

En verdad, explica Leister, la atmósfera terrestre, que no es homogénea, introduce efectos que desvían el haz luminoso y perturban las medidas. Las condiciones climáticas -variaciones de temperatura, humedad y presión- también influyen sobre la refracción. Las constataciones del grupo representan una línea divisoria en los estudios sobre variación del diámetro solar. En noviembre de 2000, el trabajo de Emílio apareció en el Astrophysical Journal, en un artículo firmado por él, por Jeffrey Kuhn, de la Universidad de Hawai, y por Rock Bush y Philip Scherrer, de la Universidad de Stanford.

Poco tiempo después, en la edición del 15 de marzo de 2001 de la revista Nature, Douglas Gough, del Instituto de Astronomía de Cambridge, reconocía la importancia del trabajo: “Esa observación seguramente no es la primera que detecta pequeñas variaciones en el rayo solar, pero deberá ser la primera que sobrevivirá a la prueba del tiempo”.

Con esa repercusión, las investigaciones realizadas en el área podrán pasar a ser divididas entre antes y después del SOHO. Leister no tiene la pretensión de que eso ocurra, pero admite que los cambios realmente son de gran impacto. Las evaluaciones hechas desde el espacio se convierten en referencia para nuevos trabajos y fundamentan investigaciones orientadas a computar la interferencia de los campos magnéticos -que generan las manchas solares- en la variación del diámetro del Sol, por ejemplo.

En esa área, con investigaciones semejantes, trabajan investigadores del Observatorio Nacional de Río de Janeiro, y del Centro de Radioastronomía y Aplicaciones Espaciales (CRAAE) del Instituto Mackenzie de São Paulo. En el escenario internacional, están en la línea de frente los especialistas del Centre d’Etudes et de Recherches en Géodynamique et Astrométrie (Cerga), Francia, de la Universidad de Yale, Estados Unidos, y del Observatorio de Locardo, Suiza.

Astrolabio y cámara

“Digo que todo ese proceso es un descubrimiento a la brasileña”, dice Leister, que comenzó a efectuar las mediciones en los años 70 con un astrolabio solar. Ese instrumento, formado por una lunetahorizontal con 1,20 metrosde foco y objetivo de 10 centímetros, estaba en el Observatorio Abrahão de Moraes, en Valinhos (São Paulo). El principio técnico era sencillo: se mide el intervalo de tiempo que el Sol demora para pasar por una línea imaginaria en el cielo, definida por el instrumento. El inconveniente es que el ojo humano, aunque sea un excelente instrumento de observación, tiene sus limitaciones, y pueden ocurrir variaciones, por ejemplo, entre un investigador y otro.

En la primera mitad de los años 90, en el intento de superar esa dificultad, el IAG/USP adquirió una sofisticada cámara CCD (Charge Coupled Device), que fue acoplada al astrolabio, en esa época ya trasladado al IAG de Agua Funda, en la capital paulista. Las imágenes captadas por la cámara eran transmitidas a una computadora. La decepción fue que, a pesar de todos esos aparatos, los resultados de las nuevas observaciones mostraron que lo que se ganaba en precisión, en términos de variación del diámetro solar, era mínimo.

En compensación, todo ese proceso de acumulación de conocimientos fue lo que permitió que Emílio desarrollara sus técnicas y sus programas de tratamiento de imágenes. Un poco más tarde, eso sería fundamental para el éxito de su doctorado, que duró 50 meses -un período relativamente corto en la carrera de un investigador.

LOS PROYECTOS
Astrolabio Solar
MODALIDAD
Línea regular de auxilio a la investigación
Coordinador
Nelson Vani Leister – IAG/USP
Inversión
R$ 5.918,32
Estudio de la Variabilidad del Diámetro Solar
MODALIDAD
Beca de doctorado
Inversión
R$ 64.238,72

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