Retrospectiva - Un Gato de Chesire: ¿Las manchas solares desaparecerán completamente para el 2015?

W. Livingston, M. Penn
Watts Up With That/SOTT.net
Traducido por FAEC
11/06/09

Las condiciones físicas en el infrarrojo de 1,5 micrones, incluyendo la máxima fuerza del campo magnético y temperatura fueron observadas espectroscópicamente en 1391 manchas de sol entre 1990 y 2009 (1). Nosotros hacemos énfasis en la diferencia cuantitativa entre nuestras mediciones IR de las manchas solares y los resultados de la luz visible de la mayoría de los magnetógrafos empleados en el mundo. Estos últimos se componen de luz dispersa y miden flujo, no fuerza del campo. Se requiere un límite más bajo de ~1800 Gauss para formar una mancha umbra. La fuerza máxima umbra ha disminuido durante el intervalo mencionado más arriba, quizás porque las manchas han disminuido de tamaño en promedio. Las actuales condiciones del mínimo de la actividad solar tienen menos días sin manchas en el sol que desde la década de 1920 (2). El comportamiento de Gato de Chesire está relacionado con los campos magnéticos de superficie que aparecen a menudo sin la compañía de manchas oscuras.

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Nota de FAEC: El Gato de Chesire es un personaje de Alicia en el País de las Maravillas que se materializaba parcialmente en la rama de un árbol, pero no conseguía hacerlo de manera total, apareciendo sólo la sonrisa flotando en el aire, a veces la cabeza, para desazón de la pobre Alicia.

Las manchas de sol se están comportando como un Gato de Chesire: la sonrisa está allí (los campos magnéticos) pero está faltando el cuerpo (no hay marcas oscuras). No estamos seguros sobre los ciclos pasados, pero las manchas actuales, con sus usuales umbras y penumbras, siguen sin aparecer. Durante cientos de años el sol ha mostrado una alteración periódica de aproximadamente 11 años en su actividad donde el número de manchas aumenta y luego disminuye. Las manchas solares son regiones oscuras en el disco solar con campos magnéticos de una fuerza mayor a los 1500-1800 Gauss. El último máximo solar ocurrió en 2001. Las manchas magnéticamente activas en ese momento (Figura 1A) produjeron poderosas fulguraciones que causaron grandes perturbaciones geomagnéticas, e interrumpieron tecnologías espaciales.

Fig. 1A: Imagen de una mancha durante el máximo del último ciclo solar 23, tomada desde el telescopio McMath-Pierce el 24 de octubre de 2003. Las manchas de sol muestran claramente una oscura umbra central rodeada por una penumbra filamentosa más brillante. Los campos magnéticos que se ven aquí varían de 1797 a 3422 Gauss.

En este momento, en el que presuntamente se ha abandonando un profundo mínimo solar, no se han visto desde hace tiempo más que minúsculas manchas o “poros”. (otra vez, Figura 1B)

© SOHO
Figura 1B: Imagen de un poro -una minúscula mancha de sol sin estructura de penumbra- tomada por el instrumento MDI en el satélite SOHO, 11 de enero 2009; esto es un ejemplo de lo que observamos ahora en un mínimo solar. El poro más grande tenía un campo magnético de 1969 Gauss. Actualmente, la superficie del sol está prácticamente desprovista de manchas. Ambas imágenes tienen la misma escala espacial, y tienen horizontalmente unas 360 Mn.

En el actual mínimo solar la cantidad de días sin manchas no fue igualada desde 1924 (2), ver Figura 2. Algunos ven estas cifras y se quedan tranquilos; esto ya ha sucedido antes. Otros presienten una anomalía.

© Livingston, Penn
Figura 2: Cantidad de días sin manchas en mínimos de ciclos anteriores

¿Por qué una ausencia de actividad de manchas de sol es interesante? Durante el período de 1645 a 1715 el sol ingresó en un extenso período de baja actividad conocido como el Mínimo de Maunder. Durante un tiempo equivalente a varios ciclos solares el sol mostró muy pocas manchas. Los modelos de irradiación del sol sugieren que el aporte de energía a la Tierra disminuyó durante esa época, y que sea quietud de la actividad del sol puede explicar las muy bajas temperaturas registradas en Europa durante la Pequeña Edad de Hielo.(3)

En 1990, mientras trabajábamos con S. Solanski, comenzamos con mediciones de exploración en el telescopio McMath-Pierce de la fuerza del campo magnético infrarrojo, la temperatura, y el brillo en las umbras oscuras de las manchas. Estas observaciones usan las sondas más sensibles de los campos magnéticos de las manchas: División (splitting) Zeeman de la línea espectral de Fe I a 1565 nm. Esta división o separación rinden la fuerza del campo magnético, no el flujo (ver abajo). A causa de que la división es siempre completa en las umbras de las manchas la medida es independiente del esfumado atmosférico, o de la vista (siempre que la línea sea visible).

La temperatura fue deducida de la profundidad de las cercanas líneas moleculares OH. Comenzando en 2000, este trabajo se volvió sistemático, en el que cada mancha fue medida sólo una vez en la posición más oscura de su umbra. La información resultante de 1391 observaciones representa la secuencia temporal más larga de la fuerza total del campo magnético en manchas solares. La Figura 3 es un gráfico de estas observaciones.

© Livingston, Penn
Figura 3: Máximos campos magnéticos vs. brillo continuum para toda la información 1990-2009. Creemos que la mayor parte de la dispersión es real; los errores son más propensos a hallarse en la intensidad y no en la fuerza del campo magnético. La transparencia del sol y la calidad de la imagen, o “visión”, por supuesto son algo variable y esto afecta a la intensidad. La información con nubes obvias fue descartada.

Dos conclusiones: 1) No hay una relación única entre la brillantez de la manchas de sol y el campo magnético y, 2) para que produzca una marca oscura el límite inferior del campo magnético debe rondar los 1500-1800 Gauss. Este límite inferior es incierto a causa del ruido en las señales de su intensidad (brillantez).

También se descubrió que la fuerza del campo magnético en la umbra estaba en promedio disminuyendo con el tiempo independientemente del ciclo solar. O podría ser que las manchas de sol están simplemente haciéndose más pequeñas(4). OH ha prácticamente desaparecido hoy. Una simple extrapolación lineal de nuestros datos magnéticos sugieren que las manchas de sol podrían desaparecer en gran medida para el 2015, asumiendo el valor límite inferior Gauss de 1800, ver Figura 4.

© Livingston, Penn
Figura 4: Se grafica la máxima fuerza del campo magnético de las manchas versus el
tiempo, durante el período 1992 - febrero 2009: se muestra una media corrida de 12 puntos, y se hace un ajuste lineal de los datos. Aparte de una pocas mediciones, se ha visto que la tendencia lineal continuará durante el actual mínimo solar.

Hace tiempo se había descubierto que el brillo y los campos magnéticos de las grandes manchas cambian en sincronía con el ciclo solar, como lo veían los telescopios situados en tierra (5). Los magnetógrafos solares automáticos (por ej.: Mt. Wilson, Kitt Peak (SOHO) miden el flujo magnético de la superficie usando señales de polarización espectral a partir del efecto Zeeman. Las mediciones del flujo son sujetas a la dispersión de la luz; los campos que ellas deducen en la umbra de las manchas son mucho menor, a menudo en un factor de dos, que la fuerza del campo otorgada por la división del Fe 164 nm (6).

Esto último no involucra la medición de la polarización. Los magnetómetros, sin embargo, están en amplio uso tanto en el espacio como en las bases en tierra –durante un lapso de tiempo que se remonta a 50 años atrás-, ellos registran flujo magnético (no de las manchas, algo que la división del simple Fe 1564 no polarizado no puede hacer) y han detectado el inicio de las regiones activas del próximo ciclo solar. Esta deducción está basada en la esperada inversión de la polaridad magnética de la alta latitud hemisférica solar, el “Ciclo Hale”. Pero todas las manchas del nuevo ciclo solar 24 que hemos observado han sido minúsculos “poros” sin penumbra (ver Figura 1). Casi todas estas características son observadas únicamente en los magnetografías y son difíciles o imposible de ver en las imágenes de luz blanca. De allí la analogía con el Gato de Chesire [Roberts, 2009].

Las explicaciones físicas de este profundo mínimo son por el momento especulaciones. Los modeladores invocan el transporte de flujo, flujos meridionales, y otros mecanismos sub-superficiales. Que este disminuido vigor en las manchas de sol es indicativo de otro Mínimo Maunder está aún por verse. También debemos mencionar que se ha informado que el viento solar está en el estado de energía más bajo desde que se iniciaron las mediciones en el espacio hace casi 40 años (7).

¿Persistirá el efecto Gato de Chesire?

W. Livingston, National Solar Observatory, 950 N. Cherry Ave, Tucson AZ 85718;
M. Penn, National Solar Observatory, Tucson AZ

Referencias

1. Penn, M.J. and Livingston, W., Temporal Changes in Sunspot Umbral Magnetic Fields and Temperatures, Astrophysical Journal, 649, L45-L48, (2006).
2. Janssens, J., Spotless days website, (2009).
3. Lean, J., A. Skumanich, and O. White, Estimating the Sun's Radiative Output During the Maunder Minimum, Geophysical Research Letters, 19(15), 1591–1594 (1992).
4. Schad, T.A., and Penn, M.J. (2008), Solar Cycle Dependence of Umbral Magneto-Induced Line Broadening, EOS Trans. AGU 89(23), Jt. Assem. Suppl. Abstract SP41B-06 (2008).
5. Albregtsen, F. and Maltby, P., Solar Cycle Variation of Sunspot Intensity, Solar Physics, 71, 269-283 (1981).
6. Private communication from J. Harvey, (2009).
7. Fisk, L.A., and Zhao, L., The Heliospheric Magnetic Field and the Solar Wind During the Solar Cycle, in Universal Heliophysical Processes, Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium, Volume 257, pp 109-120 (2009).

Reconocimiento:

Roberts, Harry, Sydney Observatory, comunicación privada, ref. Cheshire Cat (2009). Una versión en PDF de este ensayo está disponible aquí.