Las manchas solares: tras las respuestas al misterio desde Galileo hasta nuestros días

Desde que a Galileo Galilei le llegaron rumores, allá por el año 1609, a propósito de un nuevo instrumento óptico formado por lentes que era capaz de aumentar el tamaño y la luminosidad del objeto observado, no cejó en su empeñó por construirse uno propio a fin de contemplar los cielos con mayor detalle. Para ello, se dedicó a recopilar toda la información que pudo de aquel invento que tal vez había surgido en Países Bajos y cuya autoría tampoco estaba clara. Hasta que ese mismo invierno, consiguió desarrollar su propio telescopio con el que empezaría sus primeras observaciones astronómicas.

Si algo tuvieron en común la mayor parte de los descubrimientos que realizaría a partir de entonces fue la desconcertante sensación, en contraste con la imagen aristotélica del universo, de que todo era más complejo, intrincado y caótico de lo que se había sospechado. Entre otras cosas por la presencia de unas misteriosas manchas en el Sol de las que nunca había oído hablar.

Una mancha tan grande como un huevo de gallina

Desde bien antiguo se habían avistado manchas oscuras sobre la superficie solar, que se consideraron presagios de eventos importantes. En particular, numerosos escritos de civilizaciones orientales habían hecho referencias explícitas a este fenómeno, que fue distinguido con el ojo desnudo en días claros. 

Es el caso, por ejemplo, de una narración china del 10 de enero de 375 de la era común. En ella, se pone de manifiesto que las manchas solares aparecían cuando los oficiales del Gobierno no lograban impedir que el emperador tomara el camino equivocado, tal y como la transcribe Manuel Vázquez Abeledo, investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y especialista en Física Solar, en su libro El Sol. La piedra Rosetta para comprender el universo: 

«Dentro del Sol había una mancha negra tan grande como un huevo de gallina. Por aquel entonces, el emperador había alcanzado ya la edad adulta, si bien la emperatriz K’ang-Xian continuaba llevando los asuntos del Estado. Esto estaba en contra del código feudal y, por consiguiente, los defectos se manifestaron en el Sol».

No obstante, las publicaciones sobre estas manchas eran escasas en Occidente porque contradecían las ideas de Aristóteles de un modelo del universo perfecto e inmutable, que durante siglos estuvo unido a la religión cristiana. La primera mención destacable de este fenómeno en Occidente, que incluso incluye un dibujo esquemático del mismo, es la del monje inglés John Worcester en su libro Chronicon ex chronicis, de 1128: «Esta mañana ha aparecido algo como dos círculos negros dentro del disco del Sol, uno en la parte de arriba más grande y el otro, abajo, más pequeño».

Tres manchas negras

Pero no fue hasta la llegada del telescopio que estas imperfecciones del Sol empezaron a estudiarse científicamente. Hay cierta controversia sobre quién fue el primero en hacerlo, pero puede decirse que, de forma independiente, son varios los astrónomos que realizaron casi al mismo tiempo estas observaciones: en Italia, Galileo Galilei; en Alemania, Christoph Scheiner; en Inglaterra, Thomas Harriot; y en Suiza, Johann Baptist Cysat. Mención aparte merece Johannes Fabricius, que se considera en la actualidad la primera persona que publicó una referencia concreta sobre las manchas solares. 

Si excluimos las publicaciones, probablemente fue el notable matemático inglés Thomas Harriot quien, el 3 de diciembre de 1610, efectuaría la primera observación de una mancha solar a través de un telescopio. Sin embargo, a pesar de haber alcanzado aquel hito histórico, optó por no escribir absolutamente nada sobre el tema. En realidad, Harriot apenas publicaría nada en vida, de modo que no fue hasta después de su muerte por un cáncer de piel, propiciado por su afición al tabaco traído de América, que se le empezó a describir como el matemático más importante que ha producido Oxford. 

Si sabemos que, en efecto, realizó tales observaciones es por una serie de dibujos que él mismo había realizado del Sol, donde claramente plasmó tres manchas solares. Además, un año más tarde, cuando Johannes Fabricius ya había publicado su obra, Harriot dejaría por escrito lo siguiente: «Vi tres manchas negras a través del telescopio de diez aumentos. La mayor tenía unos 2 minutos de arco, mientras que las otras eran algo así como de 1 minuto de arco». 

La descripción de aquellas manchas, sin embargo, permaneció en el anonimato hasta que, en 1788, se hallaron sus manuscritos con doscientos dibujos que cubrían 214 días de observación. 

Al parecer, la técnica de observación directa a la que había recurrido Harriot, de todo punto desaconsejada en la actualidad, le llegó a acarrear problemas oculares y fuertes dolores de cabeza. Unos efectos secundarios que el astrónomo jesuita alemán Christoph Scheiner, otro de los descubridores de las manchas solares, logró evitar al proyectar la imagen del Sol sobre una pantalla combinando un telescopio y una cámara oscura (un instrumento óptico que permite obtener una proyección plana de una imagen externa sobre la zona interior de su superficie). Su superior, Theodore Busaeus, menospreciaría aquellos hallazgos con estas palabras: «He leído a Aristóteles de principio a fin y puedo asegurar que nunca he encontrado nada similar a lo que mencionas. Vete, cálmate y estate seguro de que lo que tomas por mancha son problemas de tus lentes o de tus ojos». 

A pesar de todos estos acercamientos por parte de diversos astrónomos al fenómeno de las manchas, se considera que Galileo fue quien las divulgó de forma más minuciosa y exhaustiva, y también quien llevó a cabo las mejores conjeturas sobre su naturaleza. Incluso mantendría un acerbo debate epistolar con Scheiner, jalonado de improperios de la más baja estofa, al que acusó de haber sido incapaz de interpretar correctamente el fenómeno a pesar de que lo tenía delante de sus propios ojos. Acusaciones que acaso también nacían de la disputa acerca de quién de los dos había sido realmente el primero en descubrir las manchas solares.

La perfecta regularidad de la imperfección

Debido a la resistencia a aceptar que el Sol no era un cuerpo perfecto, las primeras interpretaciones de aquel fenómeno que desafiaba el paradigma vigente, máculas de la proverbial perfección aristotélica, fueron de muy distinta naturaleza. Mientras unos consideraron que las manchas solo eran tránsitos de satélites del Sol, que se interponían en la visión de astro rey, otros, como Galileo, sugirieron que se trataba de nubes que viajaban por una supuesta atmósfera solar. Sir William Herschel, descubridor del planeta Urano, fue incluso más allá, conjeturando que en realidad la superficie del Sol era oscura y que las manchas eran, por consiguiente, agujeros en la espesa cobertura de nubes del sol, a través de los cuales se alcanzaba a ver la verdadera superficie. 

Con todo, progresivamente todas estas especulaciones fueron perdiendo fuelle, sobre todo a raíz del estudio de las estructuras de las manchas solares y de cómo estas variaban con perfecta regularidad. Esta regularidad empezó a detectarse gracias a las observaciones diarias que se efectuaban en el Observatorio de Zúrich, a partir de 1749. 

Así, el 23 de noviembre de 1760, el escocés Alexander Wilson realizaría la primera observación relevante de las estructuras de las manchas solares, constatando que estas se estrechaban a medida que se aproximaban al borde derecho y, tras reaparecer por el otro lado, se ensanchaban de nuevo. Este efecto, que evidenciaba que las manchas eran rasgos de la superficie solar y no satélites situados sobre la superficie, se acabaría bautizando como «efecto Wilson». Es más, el propio Wilson concluiría que las manchas eran depresiones en la superficie y que tales variaciones eran el resultado de un efecto de perspectiva.

El número de Wolf

La estructura de las manchas solares no solo cambiaba con regularidad, sino que su número también variaba periódicamente, tal y como comprobaría en 1843 el astrónomo aficionado alemán Heinrich Schwabe por simple casualidad: en realidad estaba tratando de descubrir un nuevo planeta dentro de la órbita de Mercurio al que había bautizado provisionalmente como Vulcano. 

Vulcano no existía, pero, más tarde, el astrónomo suizo Rudolf Wolf confirmaría la periodicidad a la que aludía Schwabe y, tras recopilar referencias al número de manchas halladas, retrotrayéndose a las primeras observaciones telescópicas de Galileo y de Scheiner, acabó por establecer que su número se regía por una periodicidad aproximada de once años. Wolf también introduciría el llamado número de Wolf o número de Zúrich, una fórmula básica que permite contabilizar el número de manchas que hay en el disco solar en un momento dado. 

De esta manera, podía deducirse su número con independencia de que limitaciones técnicas o meteorológicas no permitieran distinguirlas todas, unificando criterios y registros de manchas en cualquier parte del mundo y en cualquier instante. Por esa razón, los conteos Wolf de manchas solares se siguen usando en la actualidad, pues ningún otro índice sobre la actividad del Sol abarca tantas y tan continuas mediciones realizadas en el pasado.

Las pruebas documentales de la fotografía solar

Con el advenimiento de la fotografía, se dio un gran paso en la comprensión no solo de la física solar, sino también de las manchas solares, porque la fotografía permitía un registro mucho más objetivo y probatorio de las observaciones. 

El 2 de abril de 1845, cinco años después de que J.W. Draper obtuviera la primera fotografía de la luna llena, Hippolyte Fizeau y Léon Foucault tomarían en París la primera fotografía de la superficie solar. El resultado fue un daguerrotipo (un proceso por el cual se obtiene una imagen en positivo a partir de una placa de cobre recubierta de yoduro de plata) de aproximadamente doce centímetros, en el que se podían apreciar algunas manchas solares. 

Era la primera vez que aquel fenómeno quedaba registrado en una fotografía, la primera prueba indubitable de su existencia. Este hito tecnológico, junto a un experimento que les permitió obtener una medida directa de la velocidad de la luz, posibilitaría que el nombre de Fizeau fuera uno de los 72 que hay escritos en la base de la Torre Eiffel (Fizeau, de hecho, sería el único que aún estaba vivo cuando la torre se inauguró al público en 1889).

Años más tarde, el británico Warren de la Rue diseñaría un telescopio para la observación fotográfica de manchas solares. El francés Pierre Jules Janssen realizó importantes mejoras en la técnica fotográfica a través de emulsiones secas de gelatina y bromuro de plata en el Observatorio de Meudon, Francia, empleando un telescopio de doce centímetros de diámetro. 

Todas estas imágenes obtenidas por los pioneros de la fotografía solar tienen una calidad bastante asombrosa para la época en la que se realizaron, pero solo era el principio de aquella carrera por escudriñar los misterios del objeto más brillante del cielo. 

En 1859, el astrónomo aficionado inglés Richard Carrington, quien demostró por primera vez la existencia de erupciones solares y conjeturó su influencia eléctrica sobre la Tierra y sus auroras, descubriría también que la latitud media de las manchas variaba con el transcurso del tiempo. Así, se manifestaban próximas a las latitudes de 30 º al principio del ciclo de actividad pero, a medida que avanzaba el ciclo, las manchas se formaban cada vez más cerca del ecuador, localizándose en el máximo cerca de los 10º de latitud.

Manchas solares en directo

De este modo, gracias al estudio exhaustivo de generaciones de astrónomos, que registraron meticulosamente el número de manchas en la superficie del Sol, así como su forma, su localización y su evolución, se logró verificar que, en efecto, el número y la intensidad de estas manchas solares aumenta o disminuye aproximadamente en un rango de 9,5 a 11 años. 

Los actuales avances en física solar también nos han permitido demostrar que las manchas solares son fruto de la misma actividad de nuestra estrella: regiones del Sol que presentan una temperatura más baja (unos 3 900 ºC frente a los 5 500 ºC de la superficie) y que hacen aumentar considerablemente su actividad magnética, lo que eventualmente podría influir en los sistemas de comunicación de nuestro planeta. 

Se ignora la razón exacta de que las manchas sean más frías, pero una posibilidad es que el campo magnético que las origina no permita la misma transferencia de calor debajo de ellas. Con todo, no son tan oscuras como parecen, sino que lo parecen por contraste con el brillo del Sol. De hecho, una mancha solar brilla unas cincuenta veces más que la Luna llena. 

Las manchas solares tampoco suelen aparecer aisladamente, sino que acostumbran a asociarse en grupos de hasta cien, y todas ellas presentan una parte central bastante más oscura, llamada «umbra», y una región perimetral más clara, llamada «penumbra ». Su promedio de vida es de unos pocos días a varios meses y su tamaño oscila desde unas pocas decenas de kilómetros hasta los 160 000 (sirva como comparación que el diámetro de la Tierra es solo de unos 12 700 kilómetros). Sin embargo, el 8 de abril de 1947, la mayor mancha solar de la historia moderna que se ha visualizado alcanzó un tamaño máximo equivalente a 35 veces las dimensiones de la Tierra.

Máculas titánicas que derribaron la perfección aristotélica, pero nos permitieron contemplar el universo con mayor reverencia y sentido de la maravilla. Imperfecciones colosales capaces de afectar a nuestro mundo y, también, nuestras comunicaciones, que conocemos relativamente bien a pesar de que, durante la mayor parte de la historia, solo fueron registradas anecdóticamente. 

Hoy, sin embargo, nuestra estrella, el Sol, está continuamente monitorizado por poderosas herramientas como el Observatorio de Dinámica Solar (SDO) de la NASA. Lo que también permite contemplarlo en directo desde internet, en sitios como SpaceWeatherLive. Así, cualquiera de nosotros, cual Galileo contemporáneo, puede contar las manchas solares, que se actualizan hora a hora, desde la comodidad del sofá.