Las manchas solares y el ciclo de actividad solar

A principios de nuestra era, en anales y crónicas muy antiguas, incluso de épocas anteriores a Jesucristo; se hace referencia a la observación de manchas solares a simple vista sobre la superficie del Sol, en condiciones de un debilitamiento de la luz a causa de la nubosidad principalmente en los momentos de su salida o puesta. También desde Europa habían sido observadas, pero aquí era preciso atribuirlas a cuerpos que pasaban por delante del Sol, pues según la doctrina de Aristóteles, el Sol era lo perfecto y no podía presentar mancha alguna.

Tabla 1: Manchas solares observadas a simple vista en el período de 1050 - 1750.

El 16 de noviembre de 1607 el prestigioso astrónomo alemán Johannes Keppler (1571 - 1630) trataba de observar en Praga el tránsito del planeta Mercurio por delante del disco solar. Para cumplir tal propósito utilizaba la cámara oscura, un instrumento sencillo que se conocía desde los tiempos de Aristóteles y que había sido descrito por Leonardo da Vinci. Los rayos de luz provenientes de un objeto iluminado, cuando pasan a través de un pequeño orificio practicado en una de las paredes de una caja, proyectan en la pared opuesta la imagen invertida del objeto. A pesar de las malas condiciones meteorológicas, Keppler fue capaz de distinguir, entre las nubes, una mancha oscura sobre el disco solar que incorrectamente atribuyó al planeta Mercurio. Sin embargo, todo parece indicar que se trataba realmente de una mancha sobre la superficie del Sol.

Por aquel entonces se había descubierto en Holanda el telescopio, instrumento que iba a revolucionar el desarrollo de la Astronomía. En el caso del Sol el descubrimiento de puntos oscuros sobre su superficie fue casi de inmediato a la primera observación con dicho instrumento. El estudio de la Física Solar y en general de la Astrofísica, tienen su comienzo en el año 1611 cuando las manchas solares fueron observadas por vez primera empleando un instrumento óptico. El descubrimiento de las mismas se remonta al año 1610 y fueron detectadas casi simultáneamente por cuatro observadores de la época: Thomas Harriot (1560 - 1621) astrónomo y matemático inglés, Johannes Fabricius (1587 - 1617) astrónomo y pastor protestante holandés, Christopher Scheiner (1573 - 1650) astrónomo alemán y Galileo Galilei (1564 - 1642), físico, matemático y astrónomo italiano. Este último fue el que se percató mejor de la naturaleza de las manchas como formaciones existentes en el propio Sol y no del paso de objetos por delante del mismo como se había planteado hasta entonces, también determinó con ayuda de sus observaciones el periodo aproximado de la rotación del Sol y otras regularidades de las manchas, razones por las cuales se cita frecuentemente como su descubridor.

Desde este momento, aunque muchas veces de una manera poco rigurosa, se comenzaron a realizar con más frecuencia observaciones, dibujos y anotaciones de las manchas solares. Uno de los descubrimientos más interesantes en el estudio de las observaciones solares, fue la ley de periodicidad de las manchas solares descubierta a mediados del siglo XIX por un astrónomo alemán aficionado, el farmacéutico Heinrich Samuel Schwabe (1789 - 1875), cuyas observaciones duraron desde 1826 hasta 1868. Schwabe soñaba con hallar un planeta interior a la órbita de Mercurio y para ello, a fin de que no pasara inadvertido él circulo negro del planeta por delante del disco del Sol, comenzó a registrar todas las manifestaciones de las manchas solares.

En todo este tiempo de observación no logró descubrir el anhelado planeta, pero encontró que el número de manchas con verdadera sorpresa estaba sujeto a una variación periódica. En algunos años, las manchas casi desaparecen por completo; luego, durante 3 ó 4 años, aumentan progresivamente, aún con variaciones de detalles. Subsisten estacionarias 1 ó 2 años y luego disminuyen durante unos 6 años. Del estudio de esta preciosa serie de observaciones se deduce un período de máximo y otro de mínimo en el número de manchas, que se repite con un intervalo de aproximadamente 11 años, su hallazgo fue anunciado en 1851 en el tercer volumen de su obra "Kosmos" al disponer de suficientes datos, habían transcurrido más de 200 años desde el descubrimiento de las manchas solares sin que hasta entonces nadie se hubiera percatado de tales cambios cíclicos. Esta periodicidad fue señalada también por el astrónomo danés Horrebow en el año 1775, pero pasó inadvertida.

La serie de observaciones solares que comenzó Schwabe, no quedo interrumpida gracias a los trabajos realizados por el director del Observatorio de Zürich, el astrónomo suizo Rudolf Wolf (1816 - 1893), que al tener noticia de lo realizado por Schwabe, comprobó y completó los datos durante varios años más, incorporando incluso anotaciones de años anteriores que figuraban en los archivos de diferentes observatorios, de modo que aunque se trataba de observaciones realizadas sin ningún rigor y por lo tanto muy difíciles de unificar, incompletas y poco fiables bajo el punto de vista de cifras con valor absoluto, logro construir la curva de actividad de las manchas solares desde el año 1700 determinando con gran exactitud la duración del ciclo de actividad solar, fijándolo en aproximadamente 11 años.

Este índice ha permitido conocer el comportamiento de la actividad solar durante varios siglos, se determina diariamente multiplicando por 10 el total de grupos de manchas existentes en el disco solar, al cual se le suma el total de manchas y poros que integran dichos grupos, donde:

R = Número Relativo de Wolf.
g = Número total de grupos de manchas multiplicado por 10.
m = Número total de manchas y poros existentes en la superficie solar.
K = Es un coeficiente de proporcionalidad que depende de la abertura del instrumento utilizado, de las condiciones atmosféricas y de la experiencia del observador.

Es importante señalar que una mancha aislada que aparezca en el disco solar se cuenta primero como grupo y luego como mancha. Generalmente los Números de Wolf se promedian por meses y por años, construyendo el gráfico de la dependencia temporal de la actividad solar.

En 1848 Wolf organiza una red de observatorios europeos para que todos ellos registraran diariamente un Número Relativo R que fuera índice de actividad solar. La tarea de Wolf fue continuada primeramente por A. Wolfer y W. Brunner y más tarde por Max Waldmeier.

Hasta 1976 el Instituto de Astronomía de la Universidad de Zürich se encargó de coordinar las medias mensuales y anuales del Número de Wolf, responsabilidad que desde entonces ha pasado al Observatorio Real de Bruselas, Bélgica.

Durante los máximos de actividad solar, en la superficie del Astro Rey se pueden observar abundantes manchas, a veces son visibles hasta un centenar y aún más. En los mínimos transcurren semanas e incluso meses sin una sola mancha, el período de tiempo más largo sin manchas en el pasado siglo fue de 92 días y abarcó desde el 8 de abril al 8 de julio de 1913.

El número de manchas y la superficie que ellas ocupan varía con un período aproximado de 11 años o ciclo de actividad solar. Para expresarlo con más exactitud (teniendo en cuenta solamente los ciclos del 1 al 22 por la fiabilidad de sus datos), el número de manchas solares varía con un período de 11.0 años, el crecimiento o período de subida hasta el máximo tiene una duración aproximada de 4.1años, mientras que el proceso de descenso del máximo al mínimo tarda unos 6.7 años como promedio.

En el año 1718 es cuando se aprecia por primera vez un verdadero máximo de actividad solar, correspondiente a un primer ciclo de 11 años, pero debido a que dichos datos históricos carecen de la fiabilidad matemática necesaria, es a partir del ciclo que tiene su máximo en 1761 cuando verdaderamente se comienza la numeración de los mismos. El primer ciclo de actividad solar se inicia en marzo de 1755, desde entonces y hasta el 2002 se han desarrollado 22 ciclos solares completos, encontrándonos actualmente en el período de descenso de la actividad del ciclo 23 y en busca de un nuevo mínimo pronosticado para finales del año 2006.

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