Quan escrivia «La gestació de la ciència moderna» vaig rellegir textos de Galileu, i a propòsit de l’observació de les taques solars em vaig topar amb el gran mínim de Maunder, un període de 55 anys –(1645-1700) segons els darrers estudis– en el qual el nombre de taques comptabilitzades fou prolongadament baixet. Així que em vaig interessar pel cicle solar –una variació regular que el Sol experimenta en el nombre de taques– i en les seues conseqüències. Vull fer-me ressò d’aquest tema perquè potser, en els anys vinents, tinga alguna presència en l’argumentació de polítics i comunicadors favorables a continuar cremant combustibles fòssils. Li dedicaré dues peces. El contingut d’aquesta, els conceptes bàsics per assolir certa comprensió del cicle solar. A l’altra ho serà el debat sobre les conseqüències.
Les taques solars
Disposem de registres no metòdics, i incomplets, de les taques solars des que Galileu començà a observar-les. Des de 1700 disposem de registres anuals, i a partir de 1750 de mensuals. La recollida de dades diàries començà en 1818. Les taques apareixen i desapareixen. Algunes duren dies, altres mesos. Quan hom disposa d’una col·lecció de dades, l’esperit humà és propens a cercar patrons, i així ocorregué amb les taques solars.
El primer a descobrir un patró fou l’alemany Heinrich Schwabe en 1843. Uns anys després el suís Rudolf Wolf, i usant les limitades dades de què es disposen del segle XVII, estengué l’estudi fins a 1610. Confirmà l’existència del cicle solar establint-lo en uns 11 anys, però amb irregularitats. També descriví el comportament variable en el nombre total de taques comptabilitzades durant un cicle.
Ja durant el segle XIX s’establiren relacions entre el nombre de taques i alguns fenòmens observables en la Terra; per exemple les aurores, boreals i australs, més intenses durant els màxims de taques solars. A principis de segle XX començà a entendre’s l’origen de les taques com una manifestació de l’activitat del camp magnètic del Sol.
El Sol
El Sol és una immensa esfera de plasma gasós. El plasma és un quart estat de la matèria (a més de sòlid, líquid i gas) que té la majoria de partícules carregades elèctricament. En el Sol, el plasma es forma a conseqüència dels processos que hi tenen lloc, inclosos la fusió d’hidrogen en heli que ocorre en el nucli. El Sol té moviment de rotació, i el plasma en moviment, com totes les càrregues elèctriques en moviment, genera un camp magnètic, el del Sol especialment potent i complex.
El magnetisme és originat per càrregues elèctriques en moviment
En el primer quart del segle XIX es demostrà la relació entre l’electricitat i el magnetisme. Neix la ciència de l’electromagnetisme associada a noms com Oersted, Ampère, Faraday, Henry, Maxwell… El mon canvià amb invents com la dinamo, l’alternador, el motor elèctric, el telègraf… –decisius en empentar la segona revolució industrial– que es basen en les lleis de l’electromagnetisme.
Les càrregues elèctriques en moviment són l’origen del magnetisme. Independentment de la trajectòria que segueixen, els corrents elèctrics exerceixen forces magnètiques al seu voltant. Es diu que creen un camp magnètic. Els camps magnètics poden tindre diferents formes –i les forces magnètiques que exerceixen varien en direccions i sentits– depenent de la trajectòria del corrent elèctric. Veiem la circular. Un cable conductor corbat circularment s’anomena una espira i es comporta com un imant: una cara és el pol nord i l’altra el sud. Quan, a principis de segle XX Rutherford va formular el model atòmic nuclear amb electrons en òrbites al voltant del nucli, varen prendre sentit les lleis de l’electromagnetisme a escala atòmica. Un electró girant en una òrbita és un petit corrent tancat, una petita espira que es comporta com un dipol magnètic subatòmic. Aleshores es pogué interpretar el magnetisme dels imants.
Podem imaginar que els materials tenen multitud de petits dipols magnètics subatòmics amb els seus petits camps magnètics orientats a l’atzar sota l’acció de l’agitació tèrmica. En aquestes circumstàncies (figura 1-a) uns camps es cancel·len amb uns altres, i el camp magnètic resultant és nul. No obstant això, en certs materials els dipols magnètics subatòmics mantenen una orientació preferent i els petits camps individuals s’hi sumem presentat un camp magnètic resultant net; com en la figura 1-b, on el prisma s’ha convertit en un imant: una cara és el pol nord, l’altra el sud.
El magnetisme del Sol
Ampère va desenvolupar un nou enginy electromagnètic denominat solenoide (figura 2-a). El solenoide és una bobina, l’enrotllament de la qual forma una espècie de tub que en grec es denomina σωλήν (llegit solín), d’ací solenoide. Ampère comprovà que el solenoide es comporta com un imant recte, amb pols nord i sud als extrems del tub. Aquest model es pot aplicar al Sol, on el plasma en rotació es com un gegantesc solenoide amb un intens camp magnètic i dos pols nord i sud (figura 2-b).
L’efecte de la rotació diferencial sobre el camp magnètic del Sol
En la complexitat del camp magnètic solar intervenen diversos factors, entre ells la rotació diferencial que poden presentar els cossos no sòlids, on unes capes de plasma fluídic poden lliscar sobre altres. El període de rotació del Sol varia entre uns 25 dies a l’equador i 38 als pols. La rotació diferencial provoca distorsions del camp magnètic, visualitzats en la figura (3-b). En (3-c) la distorsió ha format un bucle del camp magnètic que travessa la fotosfera solar (figura 4). Les zones d’eixida (A) i entrada (B) del bucle es veuen com a taques solars.
La tensió que causa la rotació diferencial s’incrementa en els molts retorciments, nucs i embolics del camp magnètic. L’energia acumulada s’allibera produint grans explosions que llancen massa de plasma a l’espai (figura 4), flamerades de partícules d’alta energia. L’increment de taques solars es correspon amb una gran excitació en les capes externes del Sol (fotosfera, cromosfera i corona). Poques taques solars corresponen a un Sol més calmat, els mínims en (a) i (d) del cicle.
L’evolució entre el màxim i mínim és cíclic. Un cicle dura una mitjana d’11 anys, des d’un mínim fins al següent mínim. A la fi, s’ha produït la inversió dels pols magnètics del Sol (figura 3-d) i s’ha passat per un màxim d’excitació. Comença un nou cicle. Acabe amb una imatge d’una web de la NASA que no necessita comentari.
