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“El Telescopio Solar Europeo nos permitirá mejorar la calidad de los datos y nuestro conocimiento del Sol”

Juan Manuel Borrero, astrofísico del Instituto Kiepenheuer de Física Solar, en Alemania, ha formado parte del Programa de Visitantes Severo Ochoa, iniciativa del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) que trata de incrementar la colaboración entre su personal e investigadores de prestigio de otras instituciones científicas punteras.

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Juan Manuel Borrero, astrofísico del Instituto Kiepenheuer para Física Solar (Alemania), durante su estancia en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Crédito: Elena Mora (IAC).

Juan Manuel Borrero, astrofísico del Instituto Kiepenheuer para Física Solar (Alemania), durante su estancia en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Crédito: Elena Mora (IAC).

Juan Manuel Borrero estudió Astrofísica en la Universidad de La Laguna, y desde que en el año 2001 se marchara al Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (Alemania) para realizar su tesis doctoral, su actividad científica se ha orientado en el estudio de las manchas solares. En la actualidad, su investigación se centra en el desarrollo de un método numérico que permita determinar el campo magnético de la atmósfera solar en tres dimensiones. Aunque se trata de un estudio iniciado en el pasado, conocido como inversión de la Ecuación de Transporte Radiativo para Luz Polarizada, el campo magnético obtenido es, desafortunadamente, inconsistente con varias ecuaciones muy importantes de la Física, como las Ecuaciones de Maxwell o las Ecuaciones de la Magnetohidrodinámica. De ahí que su objetivo sea corregir este problema. Borrero asegura que “el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) es el mejor sitio para llevar a cabo esta investigación”, ya que su grupo de Física Solar reúne a muchos de los científicos con mayor experiencia y conocimiento en la inversión de la ecuación de transporte radiativo: “Han sido pioneros en este campo y su reputación a nivel mundial es inigualable”. A nivel personal, Borrero destaca que es una magnífica experiencia poder reencontrarse y trabajar, después de 15 años, con muchos de quienes fueron sus profesores durante su etapa como estudiante universitario de Astrofísica. 

-¿Por qué es importante estudiar y conocer la evolución del Sol? ¿A partir de qué modelos podemos conocer sus propiedades físicas?

-Hay muchos motivos para estudiar el Sol. Podemos decir que lo que ocurre en la Tierra, a menudo, está ligado al comportamiento de esta estrella. En el Sol se dan unas condiciones físicas de presión, densidad, temperatura y campo magnético que no se pueden alcanzar en el laboratorio. De modo que usamos nuestra estrella para corroborar, o no, aspectos de la Física que se estudian en sus distintas ramas, como en Mecánica Cuántica, Física del Plasma o  Magnetohidrodinámica, entre otras, y que no se pueden verificar en la Tierra. Finalmente, el Sol nos permite calibrar observaciones, modelos y teorías que luego se aplican a otras estrellas.

La determinación de las propiedades físicas del Sol, o de cualquier otra estrella, se hace en relación con la luz que nos llega de ella. Por ello, los métodos más aplicados son la espectroscopía y espectropolarimetría, que nos ayudan a interpretar la luz que emite y, en particular, su comportamiento en función de la longitud de onda asociada.

La luz que nos llega del Sol se radia únicamente en sus capas más superficiales, como su atmósfera. Su interior, en principio, resulta inaccesible. Sin embargo, la ciencia ha sido capaz de desarrollar diferentes métodos (como la Heliosismología, Dinamos de Campo Medio, Dinamos de Transporte Superficial de Flujo, etc.) que nos permiten inferir las propiedades del interior del Sol en relación con lo que observamos en su superficie.

-¿Cómo funcionan los ciclos solares? ¿Qué objetivos se persiguen cuando se realizan estudios a diferentes longitudes de ondas de la actividad solar?  ¿Y con la polarización solar?

-El efecto que mejor podemos observar de los ciclos solares es el que está relacionado con el número de manchas solares que aparecen en la superficie solar, pues estas alcanzan un máximo cada 11 años. Como las manchas son producidas por la presencia del campo magnético, esto implica que el campo magnético en la superficie del Sol varía con un periodo de 11 años. Sin embargo, no hay nadie que pueda ser capaz de explicar con exactitud por qué y cómo se produce el ciclo solar. Es una gran incógnita y un campo de investigación muy activo. En la actualidad, la teoría más aceptada es aquella que explica que, probablemente, el ciclo solar esté relacionado con el hecho de que el Sol rota más rápidamente en el ecuador que en los polos.

La observación del Sol en distintas longitudes de onda es importante porque al cambiar de longitud de onda (por ejemplo, del visible al ultravioleta), observamos capas de la atmósfera solar que están a distintas alturas. De esta manera podemos inferir las propiedades físicas en tres dimensiones. Por otro lado, muchos fenómenos que ocurren en el Sol, como las Eyecciones Coronales de Masa (CME, por sus siglas en inglés) emiten en longitudes de onda muy específicas (principalmente, en rayos X). De modo que es importante cubrir todo el rango del espectro electromagnético.

El campo magnético presente en la superficie del Sol – como ya dijimos, varía con un periodo de 11 años – modifica el estado de polarización de la luz. El estudio de esta luz polarizada, o   espectropolarimetría, es una técnica muy importante y frecuentemente aplicada que nos permite determinar este campo magnético.

-¿Qué efecto producen la actividad, las manchas y las tormentas solares en el propio Sol? ¿Afectan a nuestro planeta y a las tecnologías actuales?

-Los efectos de esos fenómenos, aunque existen (por ejemplo, después de una tormenta solar, la configuración del campo magnético en su superficie cambia significativamente), son limitados. No obstante, los usamos como herramientas que nos sirven para determinar y comprender lo que ocurre en su interior, pues son consecuencias de sus procesos internos.

Por otro lado, las manchas y tormentas solares son más abundantes durante el máximo del ciclo solar. Estas sí afectan significativamente a nuestro planeta. Las tormentas solares no solo causan las auroras, sino que degradan nuestros satélites y, por tanto, afectan a nuestras comunicaciones. Pueden causar sobrecargas en el sistema eléctrico ocasionando apagones y pérdidas de suministro eléctrico en fábricas, generadores, transportes, etc. Aunque no es habitual, también se conocen casos de  aviones que han volado próximos al ártico y han tenido que ser desviados porque los niveles de radiación que llegan a la Tierra, después de una tormenta solar, pueden ser peligrosos para los pasajeros. En general, sus posibles efectos crecen en importancia a medida que nuestra sociedad avanza tecnológicamente.

-¿Podemos usar el Sol como laboratorio para copiar su manera de generar energía limpia? ¿Cómo podríamos hacerlo?

Ningún método de generación de energía puede considerarse completamente limpio. Todos contaminan de una forma u otra. La manera en la que el Sol genera energía es la fusión nuclear, mientras que aquí, en la Tierra, usamos la fisión. Cabe decir que si pudiéramos usar la fusión como forma de producir energía, también generaríamos residuos radiactivos (aunque en una proporción mucho menor que la fisión). Una ventaja de la fusión es que, como combustible, se utilizarían elementos muy abundantes en la naturaleza (por ejemplo, el hidrógeno o el deuterio). Por el contrario, la fisión emplea elementos muy escasos (como el uranio). Además, la fusión sería muchísimo más segura.

En teoría, la fusión es posible. Prueba de ello es que el Sol lo hace en todo momento y consumiendo cientos de millones de toneladas de hidrógeno cada segundo para producir energía. Sin embargo, aún no somos capaces de generar energía a través de este método debido a las enormes dificultades técnicas que conlleva. A pesar de todo el dinero invertido hasta ahora para desarrollar la fusión, se espera que el primer reactor de este tipo capaz de generar energía de forma continua, no entrará en funcionamiento hasta 2050 y, además, se tiene que hacer de forma comercial y con precios competitivos.

-La construcción del Telescopio Solar Europeo (EST, por sus siglas en inglés), ¿qué supondrá frente a otros telescopios de este tipo? ¿En qué consiste este proyecto?

-El Telescopio Solar Europeo tendrá un espejo primario  de 4 metros de diámetro. Si consideramos que el mayor telescopio solar que hay en la actualidad tiene un diámetro de 1,6 metros, el EST nos permitiría dar un salto enorme en la calidad de los datos que tomemos cuando observemos el Sol, mejorando significativamente nuestro conocimiento del mismo. En particular, este telescopio nos permitirá medir las propiedades físicas de nuestra estrella como, por ejemplo, su campo magnético, logrando una mayor precisión, nivel de detalle y resolución. Su construcción requiere de un esfuerzo económico importante y, además, supone un desafío tecnológico tan enorme que requiere la acción conjunta de muchos países europeos. España y, en concreto, el IAC, con su importantísimo y prestigioso grupo de Física Solar, es uno de los centros que más ha apostado para que su instalación se lleve a cabo en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en Garafía (La Palma), o en el Observatorio del Teide, en Izaña (Tenerife).

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