El Sol y su energía

¡Namasté! En India significa ¡Hola!. Soy el profesor Chandra Mujamad y te guiaré en lo que respecta al conocimiento del Sol. Durante siglos los pueblos de la Tierra divinizaron al Sol, atribuyéndole bondades, cosa que pocas deidades poseían. Era portador de vida y riqueza, responsable directo de la agricultura e iluminador del día con su infatigable ruta diaria de oriente a occidente. Sus desapariciones tanto durante los eclipses como en el acortamiento de los días otoñales, eran motivo de severa consternación popular. Por eso muchos pueblos celebraban el comienzo del alargamiento de los días, que es el comienzo del invierno. Algunos monarcas como el Inca peruano y el Faraón egipcio, eran considerados “hijos del Sol”.

Fue adorado con los nombres de Ra en Egipto, Shamash en Mesopotamia, Mitra en Persia, Apolo (primero) y Helio (después) en Grecia, Inti en Perú, Tonatiuh en México, Amaterasu (diosa solar) en Japón; y los romanos lo llamaron “Sole”

Por supuesto que con el tiempo se acabó la divinización aunque con penurias para quienes lo sugirieron. Anaxágoras dijo que era “una roca incandescente”, Aristarco lo vio como centro del Universo. Ni uno ni otro fueron escuchados; y pruebas tampoco tenían. Aristóteles prefirió ser más prudente y definirlo como “un cuerpo de fuego inmaculado” (es que no había visto las manchas que se forman en su superficie). Muchos siglos después Newton sugirió que posiblemente fuera “una estrella más pero muy cercana”. Hoy sabemos que el Sol es un globo de plasma y gas estructurado en capas cuyos límites son indefinidos, más densas y calientes hacia el centro, y más tenues hacia fuera. El análisis espectral revela que está compuesto en un 70% de H, un 29 % de He, y dentro del 1 % restante caben tal vez todos los demás elementos químicos. X

Núcleo 3 Es la región central, la más densa (150 gr/cm ), y donde la presión equivale a unas 130.000 millones de atmósferas terrestres. Es donde se produce la energía mediante reacciones nucleares en las que el hidrógeno se fusiona en helio. Esto es posible dadas las enormes temperaturas que se estiman en 20.000.000 K. Este núcleo se encuentra en estado de “plasma”

Zona radiante Núcleo Debido a la alta densidad de partículas, la energía que produce el núcleo, se propaga por radiación hacia el exterior.

Zona de convección Zona radiante Núcleo Cuando la densidad de materia permite movimientos, se producen corrientes de convección que conducen la energía. Éstas dan origen a los gránulos que se ven en la superficie del Sol.

Fotosfera Zona de convección Zona radiante Núcleo La Fotosfera es la superficie visible del Sol. Siendo blanca, la vemos de un color amarillento debido a la atmósfera terrestre. Es una capa delgada en la que encontramos las manchas solares sobre un fondo granulado. Su temperatura es de unos 5800 K

Fotosfera Núcleo Cromosfera Zona de convección Zona radiante Núcleo Cromosfera Por encima, la Cromosfera (esfera de color), es la primer capa atmosférica, zona de penachos (protuberancias) y presenta un color rosado que le da el nombre.

La Corona es la atmósfera exterior. Tiene muy baja densidad. Corona solar Fotosfera Zona de convección Zona radiante Núcleo La Corona es la atmósfera exterior. Tiene muy baja densidad. Cromosfera

¿Por qué brilla el Sol? A medida que la divinización se hacía cada vez más inconsistente, algunos filósofos griegos comenzaron a ver al Sol como una bola de fuego inmaculado. Es que esa gente no conocían otra fuente de energía fuera de la combustión. La Ciencia moderna entendió que un Sol de fuego solo aguantaría encendido más o menos unos 80 años; después indefectiblemente se apagaría. Así que era necesario buscar otro origen para su energía.

Se formularon para ello algunas hipótesis pero que solían comprobarse posteriormente como incorrectas: 1- Energía producida a expensas de la caída de meteoritos en el Sol. Esto aumentaría la masa y por consiguiente la fuerza gravitatoria, lo que aceleraría el movimiento de la Tierra en su órbita, cosa que no ha sido detectada. 2- Energía resultante de un proceso de contracción o derrumbe gravitatorio hacia el centro. Algunos cálculos sugirieron que de ser esto cierto, el sistema solar tendría una edad de unos 18 millones de años. Los geólogos han llegado a la conclusión que la Tierra tiene mucho más, y también los biólogos hablan de un origen de la vida anterior a esa cifra.

Estalló en Estados Unidos un depósito de municiones. El problema no vislumbraba solución hasta que . . . Estalló en Estados Unidos un depósito de municiones. La Prensa escrita del mundo, publicaba en julio de 1945, una foto acompañada de un título que daba cuenta de una gran explosión de un depósito de municiones en territorio norteamericano, en plena 2da guerra mundial. Pero la realidad era otra …

El 16 de julio de 1945 se probaba la primera bomba atómica en el desierto de Los Álamos, en Nuevo México (EEUU). Se le conoció por el nombre de “Trinity“, y fue una prueba rodeada de incertidumbre, ya que no sabían exactamente lo que iba a resultar de ese test. Así comenzaba en el mundo la “era nuclear” o “atómica” que tristemente se diera a conocer por aquellos terribles bombardeos a las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki.

Rompehielos nuclear “Lenin” Pero el uso de la energía nuclear no se limita a la fabricación de armas sino que sirve también a fines pacíficos como ser la producción de electricidad y propulsión de grandes naves. Rompehielos nuclear “Lenin”

Ahora ¿qué tiene que ver todo esto con el Sol? Bien: que el conocimiento de la energía nuclear abrió una nueva posibilidad de explicar satisfactoriamente el origen de su energía. Creemos que en su interior se están produciendo reacciones nucleares responsables de la enorme cantidad de energía que éste radia al espacio. Una explosión atómica ocurre porque se produce una gran liberación de energía a expensas de una cierta cantidad de masa. En el Universo, tanto la masa como la energía son 2 aspectos con que se presenta eso que llamamos “materia”. Siendo 2 aspectos de lo mismo, es correcto pensar en la conversión de una en otra. ¿Pero cómo? Conocemos 2 procesos diferentes entre si aunque en ambos, en definitiva ocurre lo mismo: la masa se transforma en energía; estos procesos se conocen como: fisión y fusión

Diferencias entre los procesos nucleares fisión fusión Bomba Atómica ; plantas nucleares ; propulsores de naves. Se parte de átomos complejos e inestables (uranio enriquecido y plutonio) que se degradan en átomos más simples. El proceso es controlable a pequeña escala. Es realizable a baja temperatura Los núcleos de uranio son impactados por neutrones que los rompen. Esto provoca que parte de la masa del núcleo se convierta en energía. Bomba H ; energía del Sol -Se parte de núcleos atómicos simples (H, He, C) y se obtienen núcleos más complejos. -No es un proceso controlable. -Exige temperaturas mínimas de unos 10.000.000 K para ser iniciado. -Los núcleos atómicos impactan entre sí debido a las enormes energías cinéticas, lo que convierte parte de su masa en energía.

2 E = mc Einstein formuló una ecuación que relaciona a la masa con la energía. Ahora veamos: expresando la energía (E) en ergios la masa (m) en gramos y La velocidad de la luz (c) en cm/s resulta que 1 gramo de masa libera una energía equivalente a 750.000 Kw/h que aproximadamente equivale a la combustión de 2.500.000 de litros de gasolina; ¡ suficiente como para dar 3 veces la vuelta al mundo en un automóvil !

Más números interesantes El Sol convierte por cada segundo, 640.000.000 toneladas de H en: 636.000.000 toneladas de He y las restantes 4.000.000 de toneladas de masa se convierten en energía. ¿Cómo lo logra? Mediante procesos de fusión nuclear: el ciclo protón - protón y el ciclo del carbono – nitrógeno (ciclo de Bethe)

Ciclo protón-protón + + u e+ + 3 H + 3 H + 2 H + g + + + 4 H

Ciclo del Carbono-Nitrógeno 12 g + e+ N 13 u N 15 He 4 + C 13 g + 15 O e+ N 14 u g +

Los rayos gamma (g) producidos en el núcleo solar, intentan salir al exterior. Pero las absorciones y reemisiones que sufren, progresivamente los convierten en radiaciones menos energéticas. Así llegan a la Fotosfera como “luz”. Por lo tanto toda esa luz que recibiremos mañana cuando amanezca, es energía que se creó por lo menos hace 1 millón de años en el núcleo del Sol, y recién ahora la estamos aprovechamos, pues ese es el tiempo que tarda en alcanzar la superficie. Posteriormente llegará a la Tierra en 8,3 minutos pues en el vacío donde no encuentra obstáculos, viaja a 300.000 km/s. Creemos que el ciclo protón – protón es el responsable principal de la energía que produce el Sol, pero en las estrellas más calientes debe ser el ciclo del Carbono - Nitrógeno

FIN